T.C. ANADOLU ÜN‹VERS‹TES‹ YAYINI NO: 2334 AÇIKÖ⁄RET‹M FAKÜLTES‹ YAYINI NO: 1331

TEMEL VETER‹NER GENET‹K

Yazarlar Prof.Dr. Okan ERTU⁄RUL (Ünite 5, 6) Doç.Dr. Faruk BALCI (Ünite 2, 3, 4, 7, 8) Doç.Dr. Hale fiAMLI (Ünite 2, 3, 4, 7, 8) Dr. Bengi ÇINAR KUL (Ünite 1, 9, 10)

Editör Prof.Dr. Okan ERTU⁄RUL

ANADOLU ÜN‹VERS‹TES‹

Bu kitab›n bas›m, yay›m ve sat›fl haklar› Anadolu Üniversitesine aittir. “Uzaktan Ö¤retim” tekni¤ine uygun olarak haz›rlanan bu kitab›n bütün haklar› sakl›d›r. ‹lgili kurulufltan izin almadan kitab›n tümü ya da bölümleri mekanik, elektronik, fotokopi, manyetik kay›t veya baflka flekillerde ço¤alt›lamaz, bas›lamaz ve da¤›t›lamaz. Copyright © 2011 by Anadolu University All rights reserved No part of this book may be reproduced or stored in a retrieval system, or transmitted in any form or by any means mechanical, electronic, photocopy, magnetic, tape or otherwise, without permission in writing from the University.

UZAKTAN Ö⁄RET‹M TASARIM B‹R‹M‹ Genel Koordinatör Prof.Dr. Levend K›l›ç Genel Koordinatör Yard›mc›s› Doç.Dr. Müjgan Bozkaya Ö¤retim Tasar›mc›lar› Doç.Dr. Murat Ataizi Yrd.Doç.Dr. Figen Ünal Çolak Grafik Tasar›m Yönetmenleri Prof. Tevfik Fikret Uçar Ö¤r.Gör. Cemalettin Y›ld›z Ö¤r.Gör. Nilgün Salur Ölçme De¤erlendirme Sorumlusu Ö¤r.Gör. Nursel Bozkartal Görer Grafikerler Mehmet Emin Yüksel Ayflegül Dibek Hilal Küçükda¤aflan Gülflah Y›lmaz Ufuk Önce Ali Burç Aç›kkan Kitap Koordinasyon Birimi Yrd.Doç.Dr. Feyyaz Bodur Uzm. Nermin Özgür Kapak Düzeni Prof. Tevfik Fikret Uçar Dizgi Aç›kö¤retim Fakültesi Dizgi Ekibi Temel Veteriner Genetik ISBN 978-975-06-1008-0 1. Bask› Bu kitap ANADOLU ÜN‹VERS‹TES‹ Web-Ofset Tesislerinde 9.500 adet bas›lm›flt›r. ESK‹fiEH‹R, Eylül 2011

iii

‹çindekiler

‹çindekiler Önsöz ............................................................................................................ viii

Geneti¤e Girifl ..........................................................................

2

GENET‹K B‹L‹M‹N‹N TAR‹HÇES‹................................................................. Filozoflar›n Gözüyle Genetik ...................................................................... Modern Geneti¤in Filizleri ............................................................................ GENET‹⁄‹N TANIMI VE BAZI GENET‹K KAVRAMLAR ............................. Geneti¤in Temeli ......................................................................................... Geneti¤in Alt Dallar› ..................................................................................... HAYVAN YET‹fiT‹R‹C‹L‹⁄‹NDE GENET‹K B‹L‹M‹...................................... Özet................................................................................................................ Kendimizi S›nayal›m...................................................................................... Okuma Parças› .............................................................................................. Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan Kaynaklar..................................................................................

3 3 3 7 7 10 11 13 14 15 15 16 16

Genetik Aç›dan Hücre ve Organizma................................... 18 HÜCRE ........................................................................................................... Prokaryotik Hücre Organizasyonu............................................................... Ökaryotik Hücre Organizasyonu ................................................................. HÜCRE ORGANELLER‹ ................................................................................. Hücre Membran› ........................................................................................... Sitoplazma...................................................................................................... Endoplazmik Retikulum................................................................................ Ribozom......................................................................................................... Lizozom.......................................................................................................... Peroksizom .................................................................................................... Golgi Ayg›t›.................................................................................................... Mitokondri ..................................................................................................... Kloroplast....................................................................................................... Sentrozom ...................................................................................................... Nükleus .......................................................................................................... Nükleolus....................................................................................................... HÜCRE BÖLÜNMES‹..................................................................................... Mitoz Bölünme .............................................................................................. ‹nterfaz ..................................................................................................... Profaz ....................................................................................................... Metafaz..................................................................................................... Anafaz ...................................................................................................... Telofaz ..................................................................................................... Mayoz Bölünme ............................................................................................ Profaz I .................................................................................................... Metafaz I .................................................................................................. Anafaz I.................................................................................................... Telofaz I................................................................................................... Mayoz II...................................................................................................

19 19 20 20 20 21 21 21 21 22 22 22 23 23 23 24 25 25 25 25 26 26 27 27 27 28 28 28 28

1. ÜN‹TE

2. ÜN‹TE

iv

‹çindekiler

Mayoz ve Mitoz Bölünmenin Genetik Önemi ............................................ Mitoz ve Mayoz Bölünme Aras›ndaki Farklar ............................................. Mitoz ........................................................................................................ Mayoz....................................................................................................... Özet................................................................................................................ Kendimizi S›nayal›m...................................................................................... Okuma Parças› .............................................................................................. Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan Kaynaklar..................................................................................

3. ÜN‹TE

Mendel Kal›t›m›........................................................................ 36 GREGOR MENDEL’‹N YAfiAMI .................................................................... KALITIMLA ‹LG‹L‹ TEMEL KAVRAMLAR ..................................................... MENDEL’‹N ÇALIfiMALARI ........................................................................... MONOH‹BR‹T B‹RLEfiT‹RMELER ................................................................. TEST B‹RLEfiT‹RMES‹ (GER‹YE MELEZLEME/KONTROL Ç‹FTLEfiMES‹) .. D‹H‹BR‹T B‹RLEfiT‹RMELER......................................................................... TR‹H‹BR‹T/POL‹H‹BR‹T B‹RLEfiT‹RMELER ................................................. Özet ............................................................................................................... Kendimizi S›nayal›m ..................................................................................... Okuma Parças› ........................................................................................... .. Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan Kaynaklar..................................................................................

4. ÜN‹TE

29 29 29 30 31 32 33 34 34 35

37 38 39 40 43 44 46 48 50 51 52 52 52

Mendel D›fl› Kal›t›m................................................................. 54 MENDEL DIfiI KALITIM ................................................................................ EKSTRANÜKLEER KALITIM.......................................................................... KROSS‹NG-OVER, GEN DÖNÜfiÜMÜ ......................................................... GEN BA⁄LILI⁄I (B‹LEfi‹KL‹K) ..................................................................... Gen Ba¤l›l›¤› Çeflitleri ................................................................................... Bileflikli¤in Gen Haritalamada Kullan›m›..................................................... POL‹MER‹ (MULT‹PLE GENLER).................................................................. Polimerik Kal›t›m›n Özellikleri ..................................................................... MULT‹PLE ALLEL‹ZM (ÇOKLU ALLELL‹K) VE POL‹MORF‹ZM.................. Kan Gruplar›.................................................................................................. GENOM‹K DAMGALAMA ............................................................................. UNIPARENTAL D‹ZOM‹................................................................................ MOZA‹S‹ZM ................................................................................................... Somatik Mozaisizm........................................................................................ Germ Hücre Dizisi Mozaisizmi .................................................................. Özet ............................................................................................................... Kendimizi S›nayal›m ..................................................................................... Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan Kaynaklar..................................................................................

55 55 56 57 59 59 61 62 62 63 64 64 65 65 65 66 67 68 68 69

v

‹çindekiler

Gen Etkileflimleri ..................................................................... 70 GEN ETK‹LEfi‹MLER‹..................................................................................... Allel Gen Etkileflimleri .................................................................................. Allel Olmayan Gen Etkileflimleri .................................................................. Özet................................................................................................................ Kendimizi S›nayal›m...................................................................................... Okuma Parças› .............................................................................................. Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan Kaynaklar..................................................................................

71 71 73 82 83 84 84 85 85

Cinsiyet ve Kal›t›m................................................................... 86 C‹NS‹YET‹N BEL‹RMES‹................................................................................ C‹NS‹YET‹N YÖNLEND‹R‹LMES‹ ................................................................. C‹NS‹YETE BA⁄LI KALITIM......................................................................... C‹NS‹YET ‹LE ‹LG‹L‹ KALITIM ..................................................................... C‹NS‹YET ‹LE SINIRLI KALITIM ................................................................... Özet ............................................................................................................... Kendimizi S›nayal›m ..................................................................................... Okuma Parças› ........................................................................................... .. Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan Kaynaklar..................................................................................

7. ÜN‹TE

107 109 110 113 113 114 114 114 115 116 120 122 123 124 125 125

DNA Replikasyonu ve Protein Sentezi ................................. 126 DNA REPL‹KASYONU................................................................................... REPL‹KASYON BAfiLANGIÇ NOKTASI........................................................ DNA REPL‹KASYONUNDA GÖREV ALAN ENZ‹M VE PROTE‹NLER........ DNA Polimeraz.............................................................................................. Helikazlar.......................................................................................................

6. ÜN‹TE

87 92 93 98 100 101 102 103 103 104 105

Genetik Materyalin Yap›s› ve Organizasyonu.................. .... 106 DNA’NIN KEfiF‹............................................................................................. GEN KAVRAMI ............................................................................................. DNA’NIN F‹Z‹KSEL VE K‹MYASAL YAPISI ................................................. DNA’n›n Kimyasal Yap›s›.............................................................................. RNA VE YAPISI ............................................................................................. Transfer RNA (t-RNA) ................................................................................... Mesajc› RNA (m-RNA)................................................................................... Ribozomal RNA (r-RNA) ............................................................................... GEN YAPISI VE ORGAN‹ZASYONU............................................................ KROMOZOM YAPISI .................................................................................... Özet ............................................................................................................... Kendimizi S›nayal›m ..................................................................................... Okuma Parças› ........................................................................................... .. Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan Kaynaklar..................................................................................

5. ÜN‹TE

127 128 129 129 130

8. ÜN‹TE

vi

‹çindekiler

Tek Zincire Ba¤lanan Proteinler (Single Stranded Binding Proteins, SSBP) ........................................................................................ DNA Giraz ............................................................................................... RNA Primeri ve Primaz ................................................................................. DNA Ligaz...................................................................................................... DNA REPL‹KASYON MEKAN‹ZMASI ........................................................... Replikasyon Hatalar› ..................................................................................... PROTE‹N SENTEZ‹........................................................................................ TRANSKR‹PS‹YON......................................................................................... TRANSLASYON (PROTE‹N SENTEZ‹).......................................................... mRNA ............................................................................................................. Tafl›y›c› RNA .................................................................................................. Ribozomlar..................................................................................................... Translasyon ve Aflamalar› ............................................................................ Özet................................................................................................................ Kendimizi S›nayal›m...................................................................................... Okuma Parças› .............................................................................................. Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan Kaynaklar..................................................................................

9. ÜN‹TE

Gen Mutasyonlar› ve Kromozomal Sapmalar ...................... 144 GEN MUTASYONLARI VE BAfiLICA MUTASYON ..................................... T‹PLER‹ .......................................................................................................... Nokta Mutasyonlar› ....................................................................................... Yer De¤iflim Mutasyonlar› ...................................................................... Çerçeve Kaymas› Mutasyonlar›............................................................... Protein Fonksiyonu Üzerine Etkilerine Göre Mutasyonlar ........................ Olufl Nedenine Göre Mutasyonlar .............................................................. KROMOZOMAL SAPMALAR ......................................................................... Say›sal Kromozom Sapmalar› ....................................................................... Yap›sal Kromozom Sapmalar› ...................................................................... Özet ............................................................................................................... Kendimizi S›nayal›m ..................................................................................... Okuma Parças› ........................................................................................... .. Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan Kaynaklar..................................................................................

10. ÜN‹TE

130 130 130 130 131 132 132 132 133 133 134 134 135 139 140 141 142 142 142

145 145 145 145 148 149 149 152 153 156 158 159 160 160 161 161

Moleküler Genetik Tekniklerin Kullan›m› ............................ 162 TEMEL MOLEKÜLER TEKN‹KLER ................................................................ Polimeraz Zincir Reaksiyonu ........................................................................ PCR Aflamalar› ............................................................................................... BEL‹RTEÇ YARDIMCILI SELEKS‹YON VE Ç‹FTL‹K HAYVANLARINDA KULLANIMLARI............................................................. REKOMB‹NANT DNA TEKNOLOJ‹S‹ VE TRANSGEN‹K HAYVANLAR ..... VETER‹NER GENET‹KTE MOLEKÜLER TEKN‹KLER‹N KULLANILDI⁄I D‹⁄ER ALANLAR ............................................................... Özet................................................................................................................ Kendimizi S›nayal›m......................................................................................

163 163 164 170 172 174 176 178

‹çindekiler

Okuma Parças› .............................................................................................. Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› ............................................................ S›ra Sizde Yan›t Anahtar› .............................................................................. Yararlan›lan Kaynaklar..................................................................................

179 180 180 181

Sözlük ................................................................................... 183

vii

viii

Önsöz

Önsöz Veteriner Genetik hayvanlar›n kal›t›m ve çeflitlilikleri ile ilgilenen bir bilim dal›d›r. Bu bilim dal›; hücreleri, bireyleri onlar›n vücuda getirdikleri nesli ve organizmalar›n içinde yaflad›klar› popülâsyonlarla ilgili çal›flmalar› kapsar; kal›t›lan varyasyonlar› ve onlar›n tiplerini, bu özelliklerin moleküler temelini araflt›r›r. Genetik biliminde yap›lan araflt›rmalar›n en klasi¤i aktar›m geneti¤i ile ilgili olan›d›r. Kal›t›ma ait bilgilerin anlafl›l›r boyuta getirilmesinde önemli bir yeri olan bu araflt›rmalar›n ilk uygulay›c›s› Mendel’dir. Mendel ve sonras›nda yap›lan genetik araflt›rmalar Mendel kurallar›ndan farkl› boyutlara ulaflm›fl ve Mendel d›fl› kal›t›m olarak adland›r›lm›flt›r. Veteriner Genetik biliminin bir baflka çal›flma alan› olan sitogenetik türe özgü kromozomlar›n karyotip olarak düzenlemelerini inceleyerek, yap›sal ve say›sal anormallikleri hakk›nda bilgi edinilmesini sa¤lamaktad›r. Veteriner Genetik alan›nda bir di¤er yaklafl›m ise moleküler alanda yap›lan çal›flmalar› kapsamaktad›r. Bu çal›flmalar 1940’l› y›llar›n bafl›nda bafllam›fl ve sürekli olarak bu konudaki bilgiler genifllemektedir. Popülâsyon geneti¤i bu bilim dal›nda genifl bir çal›flma alan› bulan baflka bir bilim alan›d›r. Bu alanda yap›lan çal›flmalar belirli genetik varyasyonun varl›¤›n› niye sürdürdü¤ünü ya da niye kayboldu¤unu belirlemeye çal›flmaktad›r. Bu bilgiler ayn› zamanda evrim sürecini anlamakta önemli bir role sahiptir. Moleküler tekniklerin uygulanabildi¤i ülkelerde, hayvanlar aras›nda performans farkl›l›klar›n› belirleyen genlerin DNA dizi analizleri üzerine çal›flmalar yap›lmaktad›r. Bu gen iflaretleyicileri sayesinde projeni test çal›flmas›na gerek duymadan en iyi embriyolar›n seçilmesine olanak sa¤lanacakt›r. Embriyolar›n dondurulmas› ile annenin ve baban›n de¤erli genetik yap›s› s›n›rs›z bir süre için dondurulabilmektedir. Bu da özellikle yok olmakta olan ›rklar›n devam›n› sa¤lamak için embriyo bankalar›n›n oluflturulmas›n› olas› k›lmaktad›r Veteriner hekimlikte moleküler genetik uygulamalar›n›n söz konusu oldu¤u konulardan biri de mikroorganizmalar, memeliler ve kanatl›lara ait proteinlerin mikroorganizmalar hatta memelilerde hücre kültürleri ya da transgenik yollarla seri olarak üretilmesidir. Moleküler Genetik yolla, patojen ve paraziter hastal›klara karfl› elde edilen afl›lardan baz›lar› hayvan yetifltiricili¤inde baflar›yla kullan›lmaktad›r. Bu teknolojiyi kullanarak afl›lamalar›n a¤›z yoluyla uygulanmas› konusunda baflar›l› çal›flmalar da bulunmaktad›r. Transgenik hayvanlar kullan›larak hayvanlar›n daha verimli olmas› sa¤lanabildi¤i gibi sanayide karfl›lafl›lan baz› sorunlara da yan›t bulunabilmektedir. Hastal›klara dayan›kl›l›k ile ilgili genlerin belirlenerek bunlar›n transgenik hayvanlarda kullan›lmas›yla hastal›klar›n kontrol edilmesinde ve sa¤alt›mlar›nda daha az antibiyotik ve kimyasal madde kullan›labilecektir. Böylece hem ekonomik bir kazanç sa¤lanm›fl, hem de çevre kirlenmesi önlenmifl olacakt›r. Bu kitap on üniteden oluflmaktad›r. Birinci ünitede Veteriner Genetik ile ilgili tan›mlar ve tarihi geliflmeler verilmifltir. ‹kinci ünitede genetik aç›dan hücre ve organizma anlat›lm›flt›r. Bu k›s›mda hücre ile ilgili bilgiler verildikten sonra hücre bölünmeleri aç›klanm›flt›r. Üçüncü ünitede Mendel’in yapt›¤› çal›flmalar anlat›larak

Önsöz

Mendel Geneti¤i hakk›nda bilgi sunulmufltur. Dördüncü ünitede Mendel d›fl› kal›t›m konusu anlat›lm›fl ve bu kurallara uymayan genetik konular k›sa bilgiler olarak sunulmufltur. Beflinci ünitede gen etkileflimlerinin neler olduklar› örnekler verilerek sunulmufltur. Alt›nc› ünite cinsiyet ve kal›t›m konular›n› kapsamaktad›r. Bu konu ile ilgili bilgiler resimlerle öz olarak sunulmufltur. Yedinci ünite genetik materyalin yap›s› ve organizasyonu ile ilgili iken, sekizinci ünite bununla iliflkili olarak DNA’n›n nas›l kendini kopyalad›¤› ve protein sentezinin nas›l oldu¤u hakk›nda bilgileri içermektedir. Dokuzuncu ünite mutasyonlarla iliflkilidir. Mutasyonlar›n neler olduklar› ve nas›l olufltuklar› ile ilgili özlü bilgilerin yan›nda kromozomal sapma konular›n› kapsamaktad›r. Son ünite olan onuncu ünitede kullan›lmakta olan baz› moleküler genetik teknikler hakk›nda bilgiler sunulmufltur. Bu kitap temel olarak Veteriner Genetik hakk›nda bir ön bilgi vermek amac›yla yaz›lm›flt›r. fiuras› gerçektir ki daha genifl bilgi, daha kapsaml› olarak farkl› kaynaklardan sa¤lanabilmektedir. Kitap yaz›m aflamas›nda elden geldi¤i kadar hata yap›lmamaya özen gösterilerek çal›fl›lm›flt›r. Do¤ald›r ki baz› hatalar olabilir. Daha sonraki bask›larda bu hatalar›n düzeltilmesi amac›yla iletiflim kurulmas› yol gösterici ve faydal› olacakt›r. Kitab›n haz›rlanmas› s›ras›nda eserlerinden yararland›¤›m›z tüm yazarlara ve yaz›m aflamas›nda eme¤i geçenlere teflekkür ederiz. Kitab›n tüm ö¤renci ve okuyuculara yararl› olmas›n› umar, baflar›lar dileriz.

Editör Prof.Dr. Okan ERTU⁄RUL

ix

1

TEMEL VETER‹NER GENET‹K

Amaçlar›m›z

N N N N

Bu üniteyi tamamlad›ktan sonra; Genetik biliminin tarihi geliflimini özetleyebilecek, Kal›t›m ve Genetikle ilgili baz› tan›mlar› yapabilecek, Geneti¤in alt dallar›n› ve kapsamlar›n› tan›mlayabilecek, Geneti¤in hayvan yetifltiricili¤inde bafll›ca kullan›m amaçlar›n› yorumlayabilecek bilgi ve beceriler kazanabileceksiniz.

Anahtar Kavramlar • • • • • •

Pangenezis Epigenezis Ön oluflum Kromozom Gen Varyasyon

• • • • • •

Karakter Kal›t›m Genetik Kal›t›m materyalleri Genotip Fenotip

‹çindekiler

Temel Veteriner Genetik

Geneti¤e Girifl

• GENET‹K B‹L‹M‹N‹N TAR‹HÇES‹ • GENET‹⁄‹N TANIMI VE BAZI GENET‹K KAVRAMLAR • HAYVAN YET‹fiT‹R‹C‹L‹⁄‹NDE GENET‹K B‹L‹M‹

Geneti¤e Girifl GENET‹K B‹L‹M‹N‹N TAR‹HÇES‹ Tüm bilim dallar›nda oldu¤u gibi 20. yüzy›l›n sonlar› ve 21. yüzy›l›n bafllar›nda bilgisayar teknolojisindeki geliflmelerle birlikte genetik bilimindeki geliflmeler de h›z kazanm›flt›r. Genetik, özellikle Mendel’in de¤eri sonradan anlafl›lan bulufllar›yla bilim dal› niteli¤ini alm›flt›r. Ancak tarih öncesi devirlerden onun dönemine kadar ki zaman aral›¤›nda pek çok fikir ve hipotez öne sürülmüfltür.

Filozoflar›n Gözüyle Genetik Hipokrat (M.Ö. 500-400), Empedokles (M.Ö. 490-430), Demokritos (M.Ö. 460 370) ve Aristo (M.Ö. 384-322) gibi bilim adamlar›n›n canl›n›n nas›l meydana geldi¤i ve kendine benzer yeni bir canl›y› nas›l üretti¤i konusunda fikir yürüttükleri bilinmektedir. Hipokrat’›n, daha sonralar› Darwin taraf›ndan Pangenezis ad› verilen, görüflünde temel etken erkek ve diflinin tüm hücrelerinden gelen minyatür organ kopyalar›d›r. Bu kopyalar›n kan yoluyla tafl›n›p, birleflerek yavruyu oluflturdu¤unu iddia etmifltir. Ayn› zamanda bir do¤a bilimcisi olan Aristo ise özün kandan olufltu¤unu, babadan gelen can ile anadan gelen maddenin uterusun s›cakl›¤›yla canl›ya dönüfltü¤ünü savunmufltur. Ad› geçen düflünürlerin fikirleri, mevcut bilgiler ›fl›¤›nda çok ilkel hatta komik görünmekle beraber kendi dönemleri için çok de¤erli kabul edilmifl hatta yüzy›llarca pek çok bilim adam› taraf›ndan da savunulmufltur.

Modern Geneti¤in Filizleri Birçok bilim adam› taraf›ndan hem bitkilerde hem de hayvanlarda yeni bireylerin oluflmas› ile ilgili birçok denemeler, melezleme çal›flmalar› yap›lm›fl çeflitli teoriler ortaya konulmufltur. Bunlardan ilki “Ön Oluflum” (Preformasyon) teorisidir ve Leeuwenhoek, Bonnet, Spallanzani gibi birçok bilim adam› taraf›ndan savunulmufltur. On sekizinci yüzy›la kadar kabul gören bu teoriye göre sperm (animalculist görüfl) veya yumurta içinde (ovulist görüfl) homunculus ad› verilen minyatür bir insan bulunmaktad›r (Resim 1.1.)

4

Temel Veteriner Genetik

Resim 1.1 ‹nsan spermatozoas›na ait tahmini çizim (Niklaas Hartsoeker, 1694). Hartsoeker, çizdi¤i bu taslakta spermatozoan›n içi yeteri kadar görülebilseydi, içindeki minyatür insan›n da görülebilece¤ini varsaym›flt›r. Kaynak: http://en.wikipedia.org/wiki/ File:Preformation.GIF.

Kromozom: Canl›larda kal›t›m› sa¤layan ve genleri tafl›yan moleküler yap›lar.

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

1

On sekizinci yüzy›lda ise Wolff, civciv geliflimi üzerine yapt›¤› deneylere dayanarak oluflturdu¤u Epigenezis teorisi ile di¤er teorilerin aksine sperm ve yumurtan›n sadece birlefltiklerinde bir canl› oluflturduklar›n› savunmufltur. Ayn› y›llarda Lamarck da canl›lar›n kazan›lm›fl karakterlerini yavrular›na aktard›klar›n›, örne¤in yüksekteki bitkileri yemek zorunda oldu¤u için boynu uzayan bir zürafan›n yavrusunun da uzun boyunlu olaca¤›n› iddia etmifltir. Hofmeister’in 1840 y›l›nda kromozomlar› keflfetmesi, yar›s›n›n bir yavru hücreye, di¤er yar›s›n›n di¤er yavru hücreye aktar›ld›¤›n› göstermesi ile yeni bir canl›n›n oluflumu hakk›nda ve kal›t›m›n ayd›nlat›lmas›nda önemli bir ilerleme sa¤lanm›flt›r. Sonraki y›llarda da kromozomlar›n ebeveynlerden geldi¤i, üzerlerinde kal›t›msal faktörler tafl›d›klar› ve birbirlerine benzer çiftler yani homolog kromozomlar halinde bulunduklar› Amerikal› biyolog Walter Sutton’un deneyleriyle kesinlik kazanm›flt›r. Pangenezis, SIRA ön oluflum S‹ZDE (preformasyon) ve epigenezis teorilerinin hangi bilim adamlar›na ait oldu¤unu ve neyi savunduklar›n› belirtiniz, aradaki farklar› düflünerek karfl›laflt›r›n›z. D Ü fi Ü N E L ‹ M Charles Darwin, üreme hücrelerinde toplanan ve minyatür Ayn› dönemlerde organ kopyalar›n› içeren özün de¤iflmeden dölden döle aktar›ld›¤›n› savunmufl ve bu öze Gemmule S O R Uad›n› vermifltir. Ancak bu fikri 1831’de H.M.S. Beagle adl› gemi ile yola ç›k›p 5 y›l süre ile bulundu¤u Galapagos Adalar›’nda ve sonras›nda yapt›¤› çal›flmalarla de¤iflmifltir. Ayr›ca bu gezinin ard›ndan Darwin önceden de savunD‹KKAT du¤u gibi türlerin sabit olmad›¤›n› do¤al seçilimle sürekli de¤ifltiklerini savunmufltur. Ancak pangenezis görüflünün tam olarak çürütülmesi 1831’de Robert Brown’›n SIRA S‹ZDE bitki hücrelerinde çekirde¤i saptamas›, 1875’de Oscar Hertwig’in denizkestanesinde ve 1877’de E. Strasburger’in zambaklarda döllenmeyi incelemeleri ile olmufltur. Bu çal›flmalar sonucunda döllenmede ana rolün gamet ad› da verilen efley hücreAMAÇLARIMIZ lerinin çekirdeklerinin birleflmesi oldu¤u kan›tlanm›flt›r. Yine ayn› y›llarda yaflam›fl olan Francis Galton da kan aktar›m› yapt›¤› tavflanlarda farkl› kökenden gelen Gemmulay›K ararken ‹ T A P efley hücreleri ile vücut hücreleri aras›ndaki fark› ortaya koymufl ve Pangenezisi reddetmifltir.

N N

TELEV‹ZYON

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

‹NTERNET

5

1. Ünite - Geneti¤e Girifl

Genetik bilimi için en önemli yap›tafl› olan Mendel’in çal›flmalar› da bu döneme denk gelmektedir (Resim 1.2). Biyoloji e¤itimi alm›fl bir rahip olan Gregor Johann Mendel, bezelyeleri (Pisum sativum) çaprazlayarak renk, flekil gibi karakterlerle yapt›¤› deneysel çal›flmalar›nda kal›tsal maddenin ba¤›ms›z birimlerden olufltu¤unu, bu birimlerin ebeveynlerden döllere geçerken birbirlerinden etkilenmeden bir araya geldiklerini ve çeflitlili¤i oluflturduklar›n› ortaya koymufl ve 1866 y›l›nda makale olarak yay›mlam›flt›r. Ancak döneminde anlafl›lamayan Mendel, çal›flmas›n›n ilgi görmemesi üzerine denemelere son vermifltir. Resim 1.2 Gregor Mendel (Çizim: Özgür Gücüyener).

Hugo de Vries, Carl Correns ve Erich Von Tschermark 1900’lü y›llarda farkl› yerler ve farkl› zamanlarda Mendel’in iddialar›n› do¤rulayan sonuçlar› elde etmifller ve Mendel Kanunlar› olarak adland›rm›fllard›r. Bu yüzden 1900 y›l› yeni bir bilimin do¤um y›l› kabul edilmifl ve bilim dal› Genetik ismini de 1905 y›l›nda William Bateson’dan alm›flt›r. 1908 y›l›nda ‹ngiliz matematikçi Godfrey H. Hardy ve Alman doktor Wilhelm Weinberg birbirlerinden habersiz olarak genetik ve matematik kurallar›n› birlefltirmifl ve bugün Populasyon Geneti¤i’nin temeli kabul edilen “Hardy-Weinberg Dengesi”ni öne sürmüfllerdir. Çok k›sa bir süre sonra, 1909’da y›llard›r kullan›lan ama ad› konulamayan kal›t›m birimleri Johannsen taraf›ndan “Gen” olarak adland›r›l›rken; Thomas Hunt Morgan meyve sine¤inde (Drosophila melanogaster) göz renginin kal›t›m› ile ilgili çal›flmalar› ile ayn› kromozom üzerindeki genlerin beraber hareket ettiklerini yani beraber kal›t›ld›klar›n› iddia etmifltir. Morgan’›n ö¤rencisi Sturtevant ise 1913 y›l›nda genlerin kromozomlar üzerinde boncuk gibi dizili oldu¤unu gösteren ilk gen haritas›n› yapm›fl, genlerin bulundu¤u bu bölgelere “lokus” ad›n› vermifl ve genlerin nas›l ba¤lant›l› olabilece¤ini ortaya koymufltur. Bu son kefliflerden sonra genetik ile ilgili çal›flmalar h›zlanarak artm›fl ve birçok geliflme kaydedilmifltir. Bu çal›flmalardan birkaç› George Beadle ve Edward Tatum’un “Bir gen-Bir enzim” hipotezi, Griffith’in transformasyon olay›nda etkisini ortaya koydu¤u kal›t›m maddesinin, Avery, MacLeod, McCarty, Hershey ve Chase taraf›ndan DNA oldu¤unun ortaya konulmas›d›r. Rosalind Franklin taraf›ndan DNA molekülünün X ›fl›nlar› kristalografisi çal›flmas› ve bu sayede de James Watson, Francis Crick ve Maurice Wilkins’in DNA’n›n üç boyutlu yap›sal modelini ortaya koymalar› (Resim 1.3) Genetik bilimi için bir di-

DNA: Fosfat, fleker ve bazlardan oluflan ve Deoksiribonükleik asit’in k›saltmas› olan DNA, canl›n›n tüm genetik talimatlar›n› tafl›maktad›r. Tüm organizmalar ve baz› virüsler için kal›t›m materyalidir.

6SIRA S‹ZDE

SIRA S‹ZDE Temel Veteriner Genetik

Baz: Nükleik asitlerin (DNA Ü N E Lyap›s›nda ‹M yaD Üdafi RNA) yer alan azotlu bilefliklerdir. Bunlardan adenin ve guanin çift halkal› olan pürinler S O R sitozin, U s›n›f›nda; timin ve urasil ise tek halkali olan pirimidinler s›n›f›nda yer almaktad›r. D‹KKAT rekombinant DNA: Do¤ada kendili¤inden oluflmas› mümkün olmayan, ço¤unlukla farkl› biyolojik SIRA S‹ZDE türlere ait DNA moleküllerinin, genetik mühendislik teknolojisiyle kesilip yeni birleflimler AMAÇLARIMIZ sonucu elde edilen DNA molekülüne verilen isimdir.

¤er önemli yap›tafllar›n› oluflturmufltur. Bu yap›sal model 1962 y›l›nda Watson, D Ü fi Ü N E L ‹ M Crick ve Wilkins’e Nobel ödülü kazand›r›rken, çal›flmaya en büyük katk›y› sa¤layan Franklin erken ölümü nedeniyle ödülü paylaflamam›flt›r. Sonraki çal›flmalarla O R U 1966 y›l›ndaSNirenberg ve Khorana 3 baz›n yan yana gelmesiyle oluflan kodonun amino asitleriyle iliflkisini ifade eden “Genetik kod” ve “Biyolojik flifre”yi aç›klam›fllard›r. 1972 Dy›l›ndada Paul Berg taraf›ndan ilk rekombinant DNA molekülü elde ‹KKAT edilmifltir. 1977’de ise, Gilbert ve Sanger DNA’y› oluflturan diziyi yani genetik kodlar› belirleyebilmek için bir yöntem ortaya koymufllard›r. 1983’de Amerikal› BiyoSIRA S‹ZDE kimyac› Karry Banks Mullis taraf›ndan Polimeraz Zincir Reaksiyonunun (Polymerase Chain Reaction, PCR/PZR) tan›mlanmas› ve yay›nlanmas›n›n ard›ndan Genetik dahaAMAÇLARIMIZ da ilginç ve dinamik, hergün yeni bir buluflun ortaya konuldu¤u bir bilim dal› haline gelmifltir.

N N

K ‹ T A P

K ‹ T Ayap›s›n›n P DNA molekülünün ortaya konulmas›ndaki heyecanl› süreci, James Watson’›n anlat›m›yla “‹kili Sarmal - DNA yap› çözümünün öyküsü” adl› kitapta bulabilirsiniz (James D. Watson, çev: A. Serin, ‹stanbul: TÜB‹TAK yay., 2005). TELEV‹ZYON

TELEV‹ZYON

Resim 1.3

Watson (solda) ve Crick (sa¤da) ortaya koyduklar› ‹ DNA N T E R modeli NET ile.

‹NTERNET

http://db2.photoresearchers. com/preview/10051150/S81 29.html

Polimeraz Zincir Reaksiyonu: Kal›p DNA’da istenilen bir bölgenin baz› kimyasallar ve özel s›cakl›k koflullar› alt›nda laboratuar ortam›nda ço¤alt›lmas› ifllemidir. Sonraki bölümlerde detayl› bilgi bulabilirsiniz. Genom: Canl›lar›n en temel birimi olan hücredeki özelliklerin ortaya ç›kar›lmas›nda kullan›lan genetik bilginin hepsine genom ad› verilir.

Amerikan Enerji Dairesi, Ulusal Sa¤l›k Örgütü ve ‹ngiliz T›bbi Araflt›rmalar Konseyi gibi kurumlar öncülü¤ünde 1990 y›l›nda ‹nsan Genom Projesi bafllat›lm›flt›r. Projeye çeflitli ülkelerden (‹ngiltere, Avustralya, Brezilya, Kanada, vb.) oluflan bir flirketler birli¤i, ‹ngiliz Wellcome Trust vakf›; vakfa ba¤l› Sanger Merkezi, ve Celera gibi firmalar da destek vermifllerdir. Tahmin edilen süreden çok daha önce tamamlan›p 2001 y›l›nda Science ve Nature dergilerinde ilk taslaklar› yay›mlanan proje son halini 2003 y›l›nda alm›flt›r. ‹nsan genomunun genlerden oluflan k›sm›n›n %99’unun %99,99 do¤rulukla dizilendi¤i projede, say›lar›n›n 20.000 veya 30.000 oldu¤u tahmin edilen genlerin yap›lar›n›n, genomdaki yerlerinin ve fonksiyonlar›n›n anlafl›labilmesi hedeflenmifltir. Bu amaçla insan genomunu oluflturan yaklafl›k 3 milyar baz›n dizilimi ortaya konulmufltur. Daha sonralar› yap›lan çal›flmalarla birçok evcil hayvan türünün de genomik dizilimi yay›nlanm›flt›r. Bunlardan baz›lar› fil, s›¤›r, at, köpek, kedi, dev panda, orangutan, flempanze, makak maymunu, tavflan, rat ve kobayd›r.

7

1. Ünite - Geneti¤e Girifl

Hayvanlarda da genom projeleri h›zla tamamlanmakta ve yay›nlanmaktad›r. Hayvanlara ait SIRA S‹ZDE genom bilgisinin elde edilmesi sizce neden önemlidir?

2

D Ü fi Ü N E L ‹ M GENET‹⁄‹N TANIMI VE BAZI GENET‹K KAVRAMLAR

Geneti¤in Temeli

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M

S O R U

S O R U

‹nsanlar›n genetikle ne zaman ilgilenmeye bafllad›klar› kesin bir flekilde saptan›lamasa da binlerce y›l önce hayvanlar ve bitkilerde evciltme ve ›slah çal›flmalar›n›n D‹KKAT yap›ld›¤› arkeolojik bulgular sayesinde anlafl›lmaktad›r. Yani insano¤lu önce bir hayvan türünün bireyleri aras›nda varyasyon oldu¤unu fark etmifl, sonra da sosSIRA S‹ZDE hastal›kyo-ekonomik öneme sahip türler içerisinde morfoloji, fizyoloji, davran›fl, lara direnç ve çevre flartlar›na uyum gibi önemli karakterler yönünden s›n›fland›rm›fl; sadece seçti¤i hayvanlara döl verme flans› tan›yarak istenilen karakterlerin AMAÇLARIMIZ sonraki nesillere aktar›lmas›n› yani kal›t›lmas›n› sa¤lam›flt›r. Böylece ilk genetik çal›flmalar›n temeli at›lm›flt›r. Bu s›n›fland›rman›n ve co¤rafi yal›t›m›n yard›m›yla da hayvan türleri içinde farkl› ›rklar oluflmufl ve bir ›rk içerisindeki aras›nda K ‹ bireyler T A P çeflitlilik ortaya ç›km›flt›r (Resim 1.4).

D‹KKAT Varyasyon: Ayn› türdeki SIRA S‹ZDE canl›lar aras›nda gözlenen genetik nedenli farkl›l›¤a varyasyon ad› verilir. E¤er farkl›l›k çevre etkisinden AMAÇLARIMIZ kaynaklan›yorsa modifikasyon (paravaryasyon) ad›n› al›r.

N N

K ‹ T A P

Resim 1.4 TELEV‹ZYON

‹NTERNET

Sözlük anlam› ay›rt edici nitelik, genel olarak “bir nesnenin, bir bireyin kendine özgün yap›s›, onu di¤erlerinden ay›ran temel belirti” olan “karakter” terimi; bir türün bireylerinin sahip oldu¤u genetik yap›ya ba¤l› olarak biçim, renk, büyüklük, ifade edilme flekli, davran›fl gibi morfolojik ve fizyolojik özelliklerinin her birini ifade etme amac›yla da kullan›lmaktad›r. Karakterler genlerin etkisi ile meydana ç›karak bir nesilden di¤erine tafl›nmaktad›rlar. Karakterler, d›fl görünüfle yans›malar› ve kal›t›m flekillerine göre 2 ayr› s›n›fa ayr›labilir: 1. Kalitatif (niteleyici) karakterler 2. Kantitatif (niceleyici) karakterler Niteleyici karakterler renk, flekil gibi kesin s›n›rlarla s›n›fland›r›labilen don rengi, kan gruplar›, boynuzun varl›¤› ve yoklu¤u gibi karakterlerdir (Tablo 1.1). Bu tür karakterler bir veya birkaç gen taraf›ndan ifade edilirler ve çevre faktörlerinden etkilenmezler.

TELEV‹ZYON

Baz› köpek ›rklar›. Köpek ›rklar› büyüklük, flekil, tüy ve deri rengi gibi bir çok karakterin ‹NTERNET varyasyonu aç›s›ndan görebilece¤iniz en iyi örneklerdir.

Gen: Kal›t›m›n temel birimidir. Kal›t›m materyallerinde depolanan bilgi gen ad› verilen birimlerce düzenlenir. Sonraki bölümlerde genin fonksiyon ve anatomik yap›s› hakk›nda daha detayl› bilgiler bulabilirsiniz.

Don: Hayvanlarda k›l ve derinin rengini ifade etmek amac›yla kullan›lan terim.

8 Tablo 1.1 Niteliyici karakterlerde da¤›l›m›n grafi¤ine örnek. Tablo bilgisi: Bir koyun populasyonunda boynuzlu ve boynuzsuz bireylerin say›s›

Temel Veteriner Genetik

70 60 50 40 30 20 10 0

Boynuzlu

Boynuzsuz

Çiftlik hayvanlar›nda yumurta verimi, süt verimi, yapa¤› verimi gibi ekonomik öneme sahip karakterlerin birço¤u ise niceleyici karakterlerdir. Genetik ve çevresel faktörlerden etkilenen, kesin s›n›rlarla grupland›r›lamayan varyasyona sahiptirler (Tablo 1.2). Karmafl›k karakterler olarak da adland›r›lan niceleyici karakterler 3 ayr› kategoride toplanabilir: 1. Metrik karakterler: Süreklilik gösteren kesiksiz bir gösterge çizelgesinde ölçülebilen karakterlerdir. Canl› a¤›rl›k art›fl›, yapa¤› verimi, süt verimi, sütteki ya¤ oran› gibi. 2. Meristik karakterler: Say›labilen karakterlerdir. Bir do¤umda al›nan yavru say›s›, yumurta say›s›, D. melanogaster’de (sirke sine¤i) tüy say›s› gibi. 3. Eflik karakterler: Nitel karakterlere benzer flekilde bir bireyde “var/yok” diye s›n›fland›r›lan fakat çoklu genler taraf›ndan kontrol edilen ve çevre faktörlerinden etkilenen karakterlerdir. Köpeklerde kalça ç›k›¤› hastal›¤› örnek verilebilir. Nicel karakterler çoklu genetik faktörlerin etkisi alt›nda olduklar›ndan poligenik karakterler olarak da adland›r›l›rlar. Tablo 1.2 Nicel karakterlerde da¤›l›m›n grafi¤ine örnek. Rastgele seçilmifl bir tavuk populasyonunda yumurta a¤›rl›¤›n›n da¤›l›m›n›n normal da¤›l›m gösterdi¤i görülmektedir.

Yumurta say›s› (adet) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

Yumurta a¤›rl›¤› (g) 35

40

45

50

55

60

65

70

9

1. Ünite - Geneti¤e Girifl

Ebeveynlerin (parental soy, P) sahip oldu¤u bu karakterlerin yavrular›na (Filial soy, F) aktar›lmas› olay›na kal›t›m - soya çekim denilmektedir (Resim 1.5). Bu aktar›m parental soya ait gametlerle olmakta ve iki koyunun çiftleflmesinden yine bir koyunun do¤mas› gibi her canl› yine kendisine benzer canl›lar do¤urmakta, baz› karakterler nesiller sonra bile tekrar ortaya ç›kabilmektedir. Resim 1.5 Her canl› kendisine benzer canl› do¤urur!

Baz› durumlarda ebeveynlerden gelen genlerin etkiledi¤i karakterler, farkl› genler ve çevrenin etkisi ile yavrularda beklenenden farkl› görülebilmekte, di¤er bir deyiflle, genotip ve fenotip farkl› olabilmektedir (Resim 1.6). Kal›t›m›n tipleri ile iliflkili olan bu durumlar› sonraki bölümlerde daha detayl› ö¤reneceksiniz. Kal›t›m bilimi olarak da adland›r›lan Genetik ise bu karakterlerin nesiller boyu nas›l aktar›ld›¤›n›, karakterler aras›ndaki benzerlikler ile farkl›l›klar› ve bunlar›n moleküler nedenlerini, kal›t›m› etkileyen mekanizmalar›, bu mekanizmalardaki aksakl›klar›n nedenlerini inceleyen bir bilim dal›d›r. Ad›n› ise “do¤urmak, köken almak” anlam›nda kullan›lan Yunanca “gennan” kelimesinden alm›flt›r.

Genotip: Bir canl›ya ebeveynlerinden aktar›lan kal›t›m materyalindeki genleri ifade etmektedir ve belirli bir karakter yönünden genotip olarak ifade edilir. Fenotip: Bir canl›n›n hem genetik (genotip) hem de d›fl etkenlerin etkisiyle (çevre) ortaya ç›kan yap›sal, geliflimsel, biyokimyasal ve fizyolojik özelliklerinin tümüdür. Yine genotipte oldu¤u gibi tek bir karakter aç›s›ndan fenotip olarak ifade edilir.

Resim 1.6

Çevre

Genotip

Fenotip

Fenotip üzerine genotip ve çevrenin etkisi. Baz› karakterleri fenotipe bakarak tahmin etmek zordur (Çizim: Bengi Ç›nar Kul).

K ‹ T A P

K ‹ T A P

T10 ELEV‹ZYON

T E L EGenetik V‹ZYON Temel Veteriner

Karakterler‹ N TveE R kal›t›mla ilgili daha detayl› ve görsel bilgilere http://learn.geneNET tics.utah.edu/content/begin/traits/ adresinden ulaflabilirsiniz.

‹NTERNET

SIRA S‹ZDE

3

D Ü fi Ü N E L ‹ M

Baz› karakterlerde çevre faktörlerinin de etkisiyle fenotip genotipten beklenen fenotipik SIRA S‹ZDE de¤erlerden farkl› olabilmektedir. Hayvanlarda verimlerle iliflkili karakterleri düflünerek buna neden olabilecek çevre faktörlerine örnekler veriniz. D Ü fi Ü N E L ‹ M

Geneti¤in Alt Dallar› S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

Genetik alan›n›n S O R Ukapsad›¤› konular çok çeflitlidir ve çal›flmalar genellikle 4 temel alanda toplanmaktad›r. Klasik (temel) genetik: Fiziksel karakterlerin bir nesilden di¤er nesile nas›l D‹KKAT aktar›ld›¤›, karakterlerin birbirleriyle olan ba¤lant›lar› gibi konular üzerine yo¤unlaflmaktad›r. Aktar›m geneti¤i ad› da verilen bu alanda genellikle birkaç nesil boSIRAyap›larak S‹ZDE yunca gözlem deneyler tasarlan›r ve karakterlerin fenotipteki da¤›l›mlar› gözlenir. Karakterlerin da¤›l›mlar› soy a¤ac› (pedigri) ve punnet karesi kullan›larak görsellefltirilmekte, kal›t›m modeliyle ilgili sonuçlara var›lmaya çal›fl›lmaktad›r. Soy AMAÇLARIMIZ a¤açlar› ailenin her üyesi için ilgili karakter bak›m›ndan fenotipi göstermekte ve ilgili genin nas›l kal›t›ld›¤›n› ortaya koymaktad›r (Resim 1.6).

N N

K ‹ T A P

K ‹ TResim A P 1.7

Dört nesil boyunca incelenmek üzere T Eçizilmifl L E V ‹ Z Y Obir N nesil a¤ac›. Soy a¤ac›nda her çizgi ve fleklin özel bir ‹ anlam› N T E R N Evard›r T (Çizim: Bengi Ç›nar Kul).

I

Difli

T E L E VÇift ‹ZYON

yumurta ikizi

II

Aile içi çiftleflme

Hasta erkek Ölü do¤um

‹ N T E R N E T Bilinmeyen

III IV

RNA: Ribonükleik asit’in k›saltmas›d›r. Baz› virüsler için kal›t›m materyali olmakla beraber bafll›ca görevi tüm canl›larda DNA’dan protein üretimidir.

Erkek

cinsiyet Cinsiyete ba¤l› çekinik karakter için difli

Ölü birey Tek yumurta ikizi

Otozomal çekinik karakter için tafl›y›c› difli

Reginald C. Punnet taraf›ndan gelifltirilmifl olan Punnet karesi ise ebeveynlerden gelen gametlerin, tafl›mas› olas› genotiplerin ve yavrularda oluflmas› olas› genotip ve fenotiplerin kolayca göz önünde canland›r›lmas›n› sa¤lamaktad›r. Bununla ilgili daha genifl bilgi ileriki konularda örnekleri ile birlikte verilecektir. Moleküler genetik: Daha sonraki bölümlerde detayl› olarak incelenecek olan DNA, RNA ve proteinlerin kimyasal ve fiziksel yap›lar›, görevleri ve etkileflimleri ile ilgili çal›flmalar› kapsamaktad›r. Bafllang›çta sadece az geliflmifl canl›larla s›n›rl› iken flimdi tüm canl›larda genetik bilginin do¤as›, etki mekanizmalar› ve düzenlenmesi konusunda çok kapsaml› bilgilere ulafl›labilmektedir. Populasyon geneti¤i: Büyük gruplarda görülen varyasyonu, genetik de¤iflimleri, sebeplerini ve tarihi geçmifllerini ele almaktad›r. Özellikle evrim çal›flmalar› ve populasyonlardaki gen frekanslar›n›n hesaplanmas›, genetik karakterizasyonlar› gibi çal›flmalar bu alana girmektedir.

1. Ünite - Geneti¤e Girifl

Kantitatif genetik: Genler ve onlar›n kodlad›klar› karakterler aras›ndaki istatistiksel iliflkileri inceler ve geneti¤i matematiksel olarak aç›klamaya çal›flmaktad›r. ‹neklerde süt verimi, kanatl›larda yumurta a¤›rl›¤› veya meyve sineklerinde kanat tüyü say›s› gibi niceleyici karakterlerin kullan›ld›¤› çal›flmalar bu alan için örnek verilebilir. Genetik bilimine ait tüm alanlar aras›nda keskin s›n›rlar çizilememektedir ve ço¤u zaman yap›lan çal›flmalar bir di¤eri olmadan eksik kalmaktad›r. Örne¤in, bir veya birden çok populasyon içinde, bir proteinin hatal› üretimi ile ilgili olarak gen düzeyinde çal›fl›l›yorsa Moleküler genetik; moleküler yöntemler kullan›l›yor olsa bile farkl› populasyonlar aras› genetik benzerlikler ve iliflkiler inceleniyorsa Populasyon geneti¤i kapsam›nda yer alabilmektedir.

HAYVAN YET‹fiT‹R‹C‹L‹⁄‹NDE GENET‹K B‹L‹M‹ Hücre çekirde¤i içinde kromozomlar halinde paketlenmifl olarak bulunan çekirdek DNA’s›, memelilerde yaklafl›k 3 milyar baz çifti, kanatl›larda ise 1,2 milyar baz çiftinden oluflmakta ve 25.000 ile 38.000 geni kodlayabilmektedir. Bir hayvanda, homolog kromozomlar üzerinde her bir genin birer kopyas› (efley kromozomlar› hariç) bulunmakta ve bunlar›n her birini flansa ba¤l› olarak ebeveynlerinin birisinden almaktad›r. Bu iki kopya DNA, kimyasal de¤iflimlere ba¤l› olarak dizileri ve ifade ettikleri protein bak›m›ndan birbirinden farkl› olabilmektedir. Bu farkl›l›klar›n ve co¤rafi yal›t›m›n da yard›m›yla hayvan türleri içinde ›rklar oluflmufl, hatta bir ›rk içerisindeki bireyler aras›nda çeflitlilik ortaya ç›km›flt›r. Örne¤in, Hereford ve Holfltayn s›¤›rlar› aras›nda söz konusu olan görünüfl farkl›l›klar› veya bunlar›n sütçü ya da etçi ›rklar olarak tan›mlanmalar› DNA’lar›ndaki farkl›l›klardan ileri gelmektedir. Bir ›rk içinde bulunan iki Holfltayn ine¤i aras›nda süt verimi bak›m›ndan görülen farkl›l›klar da k›smen hayvanlar›n genetik yap›s›ndan, k›smen de çevresel faktörlerden kaynaklanmaktad›r. Süt verimi, canl› a¤›rl›k art›fl›, hastal›klara direnç, yumurta verimi ve yapa¤› a¤›rl›¤› gibi niceleyici karakterler bak›m›ndan çiftlik hayvanlar›n›n yetifltirme amac›na uygun olarak en üstün genotipik yap›ya sahip olmas› istenir ve bu yönde ay›klama - dam›zl›k seçimleri planlan›r yani seleksiyon yap›l›r. Çiftlik hayvanlar›nda, bir sürüde arzu edilen karakterlerin veya verimleri artt›r›c› genlerin oran›n› yükseltmek veya arzu edilmeyen hastal›kla iliflkili genlerin oran›n› azaltmak için yap›lan tüm çal›flmalara genetik ›slah da denilebilir. Genetik ›slah çal›flmalar›n›n geçmifli ilk evciltmenin oldu¤u Anadolu ve Mezopotamya’da dengi dengine birlefltirmeler yap›lmas›na dayanmaktad›r ve Mendel’in çal›flmalar› ile de bilimsel temele oturtulmufltur. Ancak; seçilen bireylerde karaktere göre üreme flans›n›n verilmesi ya da verilmemesine dayand›¤›ndan genetik varyasyonda azalma, verim özelliklerine ait genetik alt yap›n›n tahmininin güçlü¤ü, genetik etkileflimlerin varl›¤›, döl veriminde s›n›rl›l›klar gibi etkenlerle çiftlik hayvanlar›nda yap›lan çal›flmalar her zaman arzu edilen düzeye gelememektedir. Bunun sebebi klasik hayvan ›slah› uygulamalar› ile bir nesilden di¤erine arzu edilenlerin yan›s›ra arzu edilmeyenlerin de aktar›lmas›d›r. Ayr›ca genetik ilerleme de yavafl olabilmektedir. Bu tür k›s›tlay›c› faktörlerin ortadan kald›r›lmas› amac›yla hayvan ›slah›nda Genetik Mühendisli¤i yöntemlerine baflvurulmaktad›r. Genetik araflt›rmalar hayvanc›l›¤›n birçok alan›na önemli katk›larda bulunmufllard›r. Hayvanlarla ilgili genetik çal›flmalar araflt›rma, biyoteknoloji ve ilaç gelifltirme gibi birçok alanda sürdürülmektedir. Ancak biyoteknolojide dönüm noktas› say›lan en meflhur olay ise 1996 y›l›nda ‹skoçya’da kopya koyun Dolly’nin do¤mas›d›r (Resim 1.8). Sonraki y›llarda da s›¤›r, kedi, köpek, manda, at gibi birçok hay-

11

12

Temel Veteriner Genetik

Embriyo: Yumurta ve sperm hücrelerinin birleflmesiyle oluflan zigotun bölünmeler geçirmeye bafllamas›yla eriflti¤i geliflim basama¤›d›r.

van türü baflar›yla klonlanm›flt›r. Art›k birçok laboratuarda uygulanmaya bafllayan rekombinant DNA teknolojisi sayesinde sütünde antitrombin adl› p›ht›laflma önleyici protein gibi proteinler bulunduran keçiler gibi biyoreaktif hayvanlar veya baz› genler aç›s›ndan inaktif fareler elde edilebilmektedir. Klonlan›p dondurulmufl embriyolar ayn› anda birçok difli hayvana aktar›l›p, embriyoda cinsiyet kontrolü de yap›labilmektedir. Bununla beraber, geliflmifl teknolojilerin kullan›l›rl›¤›n›n Veteriner Genetik alan›nda da artmas› ile kal›tsal hastal›klarla ilgili genlerin belirlenmesi, hatta gen aktar›m›yla tedavileri de mümkün olmufltur. Ayr›ca tür içi evrimsel tarihin ayd›nlat›lmas› ve gen kaynaklar› kabul edilen hayvan türleri ve ›rklar› ile ilgili koruma programlar› oluflturulmas› gibi konular da Veteriner Geneti¤in bafll›ca çal›flma alanlar›ndand›r.

Klonlama: Yetiflkin bir canl›dan al›nan hücre çekirde¤inin, hücre çekirde¤i ç›kar›lm›fl bir embriyo hücresine aktar›lmas›yla verici canl›n›n kopyalanmas› ifllemidir.

Resim 1.8 Kopya koyun Dolly. Dolly 6 yafl›na kadar yaflam›fl ve sa¤l›kl› yavrular vermifltir. Kaynak: SIRA S‹ZDE

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M

S O R U

S O R U

D‹KKAT

D‹KKAT

http://en.wikipedia. org/wiki/Image:Doll yscotland.JPG.

SIRA S‹ZDE SIRA S‹ZDE AMAÇLARIMIZ D Ü fi Ü N E L ‹ M K ‹ T A P S O R U

TELEV‹ZYON

N N

4

Normal birAMAÇLARIMIZ koyun ortalama 11-12 y›l yaflayabilmektedir. Ancak Dolly 6 yafl›nda ölmüfltür. SIRA S‹ZDE Erken ölmesi üzerine klon olmas›n›n etkisi olabilir mi, araflt›r›n›z ve yorum yap›n›z. Ü fi Ü N E L ‹ M Sizce genin DKflifresini ‹ T A Pçözen gelece¤in de flifresine sahip olur mu? Ya da genomunuzun patenti onu ilk okuyan›n m›d›r? Genom projeleri ile ilgili olarak en çok tart›fl›lan konular› S O- R‹nsanl›¤›n U “Gen Savafllar› Gelece¤i Kimlerin Elinde?” adl› ilginç kitapta bulabilirsiniz (James Shreeve, T E L E V çev: ‹ Z Y OÖ.A. N Turan, ‹stanbul: Do¤an Kitap, 2007). D‹KKAT

D‹KKAT

‹SIRA N T E RS‹ZDE NET

AMAÇLARIMIZ

SIRA S‹ZDE

N N

‹ SIRA N T E RS‹ZDE NET

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

‹NTERNET

1. Ünite - Geneti¤e Girifl

13

Özet

N A M A Ç

1

N AM A Ç

2

N A M A Ç

3

Genetik biliminin tarihi geliflimini özetleyebilmek. Genetik 20.yüzy›l›n sonundan genetik bilimin h›zla geliflmeye bafllamas›na ra¤men tarihçesi, tarih öncesi zamanlara kadar uzanmaktad›r. Di¤er bilim dallar›nda oldu¤u gibi birçok düflünür ve bilim adam›n›n ortaya koydu¤u fikirler, güncel bilgiler ›fl›¤›nda ilkel görünmesine ra¤men modern geneti¤in flekillenmesi için büyük katk›lar sa¤lam›flt›r. Özellikle Darwin, Mendel, Bateson, Watson, Crick, Gilbert, Sanger ve Mullis genetik için dönüm noktas› kabul edilen çal›flmalar ortaya koymufllard›r. Genetik bilimi, teknolojik ilerlemelerle ve say›lar› günden güne artan çal›flmalarla giderek geliflmekte ve h›zla de¤iflmektedir. Kal›t›m ve Genetikle ilgili baz› tan›mlar› yapabilmek. Geneti¤in bafll›ca odak noktas› olan karakterler, d›fl görünüfle yans›malar› ve kal›t›m flekillerine göre niteleyici ve niceleyici olmak üzere iki ayr› s›n›fa ayr›lmaktad›r. Ebeveynlerin sahip oldu¤u bu karakterlerin yavrular›na aktar›lmas› olay›na kal›t›m di¤er bir deyiflle soya çekim denilmektedir. Dolay›s›yla her canl› türü yine kendisine benzer canl›lar do¤urmakta ve baz› karakterler nesiller sonra bile tekrar ortaya ç›kabilmektedir. Kal›t›m bilimi olarak da adland›r›lan Genetik ise bu karakterlerin nesiller boyu nas›l aktar›ld›¤›n›, karakterler aras›ndaki benzerlikler ile farkl›l›klar› ve bunlar›n moleküler nedenlerini, kal›t›m› etkileyen mekanizmalar›, bu mekanizmalardaki aksakl›klar›n nedenlerini inceleyen bir bilim dal›d›r. Baz› durumlarda ebeveynlerden gelen genlerin etkiledi¤i karakterler, farkl› genler ve çevrenin etkisi ile genotip için beklenen fenotipten farkl› bir fenotip görülmesine neden olabilmektedir. Geneti¤in alt dallar›n› ve kapsamlar›n› tan›mlayabilmek. Genetik çal›flmalar bafll›ca 4 s›n›fta toplanmaktad›r. Bunlar Klasik genetik (aktar›m geneti¤i), Moleküler genetik, Populasyon geneti¤i ve Kantitatif genetiktir. Hepsi farkl› tan›m ve kapsamlara sahip olsalar da kesin s›n›rlarla ay›rmak müm-

kün de¤ildir. Eski yöntemler olmalar›na ra¤men soy a¤ac› ve punnet karesi hala bu çal›flmalarda kullan›lmaktad›r. Soy a¤açlar› birkaç nesil boyunca bir hastal›¤›n veya verimle ilgili bir karakterin nas›l kal›t›ld›¤›n› gözler önüne sererken, punnet karesi ise iki ya da daha fazla gen çiftini ilgilendiren çaprazlamalarda olas› genotip ve fenotip oranlar›n›n hesaplanmas›n› kolaylaflt›rmaktad›r.

N AM A Ç

4

Geneti¤in hayvan yetifltiricili¤inde bafll›ca kullan›m amaçlar›n› yorumlayabilmek. Genetik araflt›rmalar hayvanc›l›¤›n birçok alan›na önemli katk›larda bulunmufllard›r. Hayvan yetifltiricili¤inin temel amaçlar›ndan birisi olan karl›l›k için yüksek verim eldesi sa¤lanmas›, Veteriner geneti¤in temel çal›flma alanlar›ndan birisidir. Ayr›ca kal›tsal hastal›klar›n belirlenmesi, sebeplerinin ayd›nlat›lmas›; klonlama teknolojileri ile t›bbi amaçl› ürün eldesi ve evrimsel tarihin ayd›nlat›lmas› gibi amaçlar yo¤un olarak çal›fl›lan alanlard›r.

14

Temel Veteriner Genetik

Kendimizi S›nayal›m 1. Afla¤›dakilerden hangisinde kan yoluyla tafl›nan minyatür organ kopyalar›n›n canl›y› oluflturdu¤u görüflüne verilen ad ve bu görüflün sahibi olan bilim adam› do¤ru olarak verilmifltir? a. Pangenezis teorisi- Hipokrat b. Epigenezis teorisi - Aristo c. Preformasyon teorisi - Spallanzani d. Pangenezis teorisi -Hoffmeister e. Epigenezis teorisi -Wolff 2. Afla¤›dakilerden hangisi kal›t›m›n temeli aç›s›ndan farkl› zamanlarda da olsa ayn› fikirleri savunmufl bilim adamlar›ndan biri de¤ildir? a. Hugo de Vries b. Mendel c. Correns d. Tschermak e. Leeuwenhoek 3. Mendel’in meflhur deneylerinde kulland›¤› materyal afla¤›dakilerden hangisidir? a. Gül b. Tavuk embriyosu c. Bezelye d. Tavflan e. Elma 4. Genetik terimi ilk olarak kim taraf›ndan önerilmifltir? a. Bateson b. Mendel c. Johanssen d. DeVries e. Galton 5. Francis Crick ve James Watson afla¤›daki çal›flmalardan hangisiyle tan›nm›flt›r? a. Dolly’nin klonlanmas›yla b. ‹nsan genom projesiyle c. DNA modelinin ortaya konulmas›yla d. Mendel kurallar›n›n oluflturulmas›yla e. Rekombinant DNA oluflturulmas›yla

6. Afla¤›dakilerden hangisi niteleyici karakterlerden biri de¤ildir? a. Don rengi b. Kan grubu c. Göz rengi d. Cinsiyet e. Süt verimi 7. Afla¤›dakilerden hangisi genotip ve fenotipin farkl› olmas›n›n sebeplerinden biri de¤ildir? a. ‹klim b. Hastal›k c. Beslenme d. Varyasyon e. Gen etkileflimi 8. Bafll›ca çal›flma alan› “karakterlerin bir nesilden di¤erine nas›l kal›t›ld›¤›” olan genetik alt dal› afla¤›dakilerden hangisidir? a. Populasyon geneti¤i b. Sitogenetik c. Aktar›m geneti¤i d. Kalitatif genetik e. Kantitatif genetik 9. Çiftlik hayvanlar›nda, arzu edilen karakterlerin genlerinin oran›n› yükseltmek veya arzu edilmeyen genlerin oran›n› azaltmak için yap›lan çal›flmalara ne ad verilir? a. Klonlama b. Varyasyon c. Genetik ›slah d. Genetik mühendislik e. Kal›t›m 10. Afla¤›dakilerden hangisi biyoteknolojik uygulamalara bir örnek de¤ildir? a. Üstün özellikli bir s›¤›r›n klonlanmas› b. Atlarda kal›tsal bir hastal›k için gen aktar›m› yap›lmas› c. Keçilerden insan büyüme faktörü içeren süt elde edilmesi d. Köpeklerde kal›tsal hastal›k gözlenen bireylerin sürüden ayr›lmas› e. Baz› genlerin susturulmas›yla obez fare elde edilmesi

1. Ünite - Geneti¤e Girifl

15

Okuma Parças› Çiftlik Hayvanlar›nda Fenotipik Çeflitlili¤in Genetik ‹ncelemesi Çiftlik hayvanlar› populasyonlar›, ›slah›n etkisi ile fenotipik etkili birçok zengin mutasyon koleksiyonunu bar›nd›r›r hale gelmifltir. Bu mutasyonlar›n ço¤u, model organizmalardaki zararl› mutasyon koleksiyonlar›ndan ya da insanlarda kal›tsal hastal›klara neden olan mutasyonlardan farkl› olarak patolojik sonuçlara neden olmamaktad›rlar. Çiftlik hayvanlar›, hayvan ›slah› ile de¤iflime u¤ram›fl bu karakterler kadar büyümenin kontrolü, enerji metabolizmas›, geliflme, ifltah, üreme ve davran›fl gibi karakterlerin genlerinin belirlenmesi için de özel bir öneme sahiptir. Çiftlik hayvanlar›nda Genom Araflt›rmalar› bu karakterlerin genetik kontrolü hakk›ndaki temel anlay›fl› artt›racak ve elde edilecek sonuçlar hastal›klar›n azalt›lmas›, ürün kalitesinin ve üretim verimlili¤inin artt›r›lmas› ile ilgili yetifltirme programlar›nda kullan›labilecektir (Resim 1.9). *** Çiftlik hayvanlar›nda genom araflt›rmalar› çeflitli önemli pratik uygulamalar›n da önünü açm›flt›r. Ancak flu da önemlidir ki; bir karakterle iliflkili genin belirlenmesi pratik uygulamalar için bir önkoflul de¤ildir. Çeflitli s›¤›r ve domuz yetifltiricili¤i flirketleri, hayvan ›slah›nda fenotipik seleksiyona tamamlay›c› olarak, QTL’i s›n›rlayan belirteçler ile belirteç-temelli seleksiyon (markerassisted selection) metodunu kullanmaktad›rlar. Genotipleme maliyeti azald›¤›nda, genifl ölçekli belirteç analizlerinin rutin olarak kullan›laca¤› da beklenmektedir. *** Son y›llarda, çiftlik hayvanlar›nda, giderek artan say›da karakter lokusunun moleküler düzeyde karakterizasyonu yap›lmaktad›r. Karakter lokuslar›n›n klonlanmas›n›n gelece¤i, tek gende bir veya birden çok mutasyon bulunmas› ve haplotip etkisi olmama kofluluyla, major etkili OTL’lerde bile oldukça parlakt›r. Bu iyimser bak›fl aç›s›n›n nedeni, sürekli olarak daha iyi araflt›rma araçlar›n›n gelifltirilmesi ve genom araflt›rmalar› için yeni kaynaklar bulunmas›d›r. Kaynak: Andersson L. (2001). Genetic dissection of phenotypic diversity in farm animals. Nature Reviews Genetics, 2, 130-138.

Resim 1.9 Çizim, yaban›l ata olan K›rm›z› Orman Tavu¤u (altta) ile karfl›laflt›r›ld›klar›nda evcil tavuk ›rklar›n›n sahip oldu¤u fenotipik çeflitlili¤i gözler önüne sermektedir. (Çizim, Staffan Ullström.)

Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› 1. a 2. e 3. c 4. a 5. c 6. e 7. d 8. c 9. c

10. d

Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Filozoflar›n Gözüyle Genetik” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Modern Geneti¤in Filizleri” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Modern Geneti¤in Filizleri” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Modern Geneti¤in Filizleri” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Modern Geneti¤in Filizleri” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Geneti¤in Temeli” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Geneti¤in Temeli” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Geneti¤in Alt Dallar›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Hayvan Yetifltiricili¤inde Genetik Bilimi” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Hayvan Yetifltiricili¤inde Genetik Bilimi” konusunu yeniden gözden geçiriniz.

16

Temel Veteriner Genetik

S›ra Sizde Yan›t Anahtar› S›ra Sizde 1 Destekleyen baflka bilim adamlar› olsa da Pangenezis teorisi Hipokrat; Ön oluflum (Preformasyon) teorisi Leeuwenhoek, Bonnet, Spallanzani; Epigenezis teorisi ise Wolff taraf›ndan savunulmufltur. Pangenezise göre yavrunun oluflumunda erkek ve diflinin tüm hücrelerinden gelen minyatür organ kopyalar› bafll›ca rolü oynarken, Ön oluflumculara göre erkek ve diflinin gamet hücrelerinden do¤rudan minyatür bir insan gelmektedir. Epigenezis teorisinde ise anne ve babadan gelen gamet hücreleri ancak birleflirlerse bir canl› oluflmaya bafllamaktad›r. Bu fikir Aristo’nun babadan gelen can ile anadan gelen maddenin uterusun s›cakl›¤›yla canl›ya dönüfltü¤ü fikri ile benzeflmektedir. S›ra Sizde 2 Bir canl›ya ait genom dizilimini ve fonksiyonel yap›s›n› elde etmek demek verim, davran›fl, hastal›k, d›fl görünüfl gibi yaflam›yla ilgili tüm bilgileri elde etmek ve hatta kontrol etmek demektir. Hayvanlarla ilgili olarak yap›lan genom çal›flmalar›nda da özellikle verim ve kal›tsal hastal›klarla ilgili bilgi önem kazanmaktad›r. Gen yap›lar› ve nas›l kontrol edildikleri bilinirse yetifltiricilik daha karl› hala getirilebilir, kal›tsal hastal›klar kontrol alt›na al›nabilir, insanlardaki hastal›klar için hayvan modelleri oluflturulabilir. Ayr›ca milyonlarca y›l önce yaflam›fl hayvanlar›n genomlar›n›n dizilenmesiyle klonlama yapmak bile olas› olabilecektir. S›ra Sizde 3 Baz› karakterlerde çevre faktörlerinin de etkisiyle fenotip, genotipten beklenenden farkl› olabilmektedir. Örne¤in bir ine¤in süt verimi birçok gen etkisinde oldu¤u gibi geçirdi¤i hastal›klar, tüketti¤i yemin içeri¤i, iklimsel de¤iflimler ve hatta hayvan sahibinin davran›fllar› gibi birçok çevre faktöründen etkilenmektedir. Genotipinde üstün süt verimine neden olan genleri tafl›sa bile olumsuz koflullar alt›nda fenotipine bak›larak, hatal› bir flekilde, düflük verimli bir hayvanm›fl gibi de¤erlendirilebilir. S›ra Sizde 4 Dolly 6 yafl›ndaki bir koyunun vücut hücresinden al›nan genetik materyalden klonland›¤›ndan baz› bilim adamlar› taraf›ndan 6 yafl›nda do¤mufl gibi kabul edilmektedir. Bu düflüncenin temelinde yafll›l›k süreci ile yak›ndan iliflkili olan k›sa telomerler yatmaktad›r. Kro-

mozomlar›n uç k›s›mlar›nda yer alan telomerler, kromozomlar›n zarar görmesini ve k›r›k kromozom uçlar›n›n birbirine yap›flmas›n› engelleyen, özelleflmifl nükleotid tekrar dizileridir. Her hücre bölünmesi sonunda boyunun k›salmas›na ba¤l› olarak yafllanmaya sebep oldu¤u düflünülmektedir. Dolay›s›yla Dolly’nin erken ölümünün nedeni, hastal›¤› m›, yafll› do¤mas› m›, telomerlerinin k›sa olmas› nedeniyle çabuk yafllanmas› m› ya da klon koyun olmas› m› fleklindeki tart›flmalar bilim insanlar› aras›nda da devam etmektedir.

Yararlan›lan Kaynaklar Clark, A.J. (Ed) (1998). Animal Breeding Technology for the 21st Century, Amsterdam Netherlands: Harwood Academic Publishers. Keller, E. F. (2002). The Century of the Gene, Cambridge UK: Harvard University Press. Klug, W. S., Cummings, M. R. (2009). Genetik Kavramlar, Çev. Cihan Öner, Ankara: Palme Yay›nc›l›k. Kuru, M., Ergene, S. (2005). Genetik Örnek Problemlerle, Ankara: Palme Yay›nevi. Mayr, E. (1982). The Growth of Biological Thought: Diversity, Evolution, And Inheritance, Cambridge UK: Harvard University Press. Nicholas, F.W. (2003). Introduction to Veterinary Genetics, Oxford UK: Blackwell Publishing. Passarge, E. (2007). Color Atlas of Genetics, 3rd ed, New York USA: Thieme. Platt, A. (2007). On the Generation of Animals, Aristotle. South Australia: The University of Adelaide Library, eBooks @ Adelaide. Russell, P. J. (2010). IGenetics: A Molecular Approach- 3rd ed, San Francisco USA: Benjamin Cummings. Scott, T. (1996). Concise Encyclopedia Biology, Berlin Germany: Walter de Gruyter. Sturtevant, A. H. (2001). A History of Genetics, NewYork USA: CSHL Press. Türk Dil Kurumu. Büyük sözlük, Eriflim:http://tdkterim.gov.tr/bts/ Eriflim tarihi:05.04.2011.

2

TEMEL VETER‹NER GENET‹K

Amaçlar›m›z

N N N N

Bu üniteyi tamamlad›ktan sonra; Ökaryot ve prokaryot hücre tiplerinin yap›lar›n› aç›klayabilecek, Ökaryot hücre organellerini ve görevlerini tan›mlayabilecek, Mitoz bölünme ve önemini yorumlayabilecek, Mayoz bölünme ve önemini yorumlayabilecek bilgi ve beceriler kazanabileceksiniz.

Anahtar Kavramlar • Hücre • Prokaryot • Ökaryot

• Hücre Organelleri • Mitoz Bölünme • Mayoz Bölünme

‹çindekiler

Temel Veteriner Genetik

Genetik Aç›dan Hücre ve Organizma

• HÜCRE • HÜCRE ORGANELLER‹ • HÜCRE BÖLÜNMES‹

Genetik Aç›dan Hücre ve Organizma HÜCRE Hücre, yaflam için gerekli olan biyolojik olaylar›n meydana getirildi¤i en küçük canl› birimdir. Hücreye en iyi örnek tek hücreli olarak yaflamlar›n› sürdüren tek hücreli organizmalard›r. Hücre ilk kez 1665 y›l›nda Robert Hook taraf›ndan kendi yapt›¤› mikroskopta flifle mantar›ndaki boflluklu yap›lar›n gözlemlenmesi ile bulunmufltur. R. Hook bu boflluklara hücre (cellula) ad›n› vermifltir. Hook daha sonra canl› bitki dokular›n› incelemifl ve burada da bir çeper ile çevrilmifl içerisi s›v› dolu yap›lar oldu¤unu gözlemlemifltir. Ancak bu yap›lar›n canl› olup olmad›¤›n› ve önemini anlayamam›flt›r. 1831’de Robert Brown nükleusu keflfetmifl ve 1839’da Purkinje çeperin içinde bulunan s›v›ya protoplazma ad›n› vermifltir. 1838’de Schwann, zaman›na kadar olan bilgileri de¤erlendirerek hücre teorisini kurmufltur. 1852’de Remak, 1880’de Fleming mitoz ve amitoz bölünmeyi incelemifllerdir. 1862’de Kölliker sitoplazma ve nükleus terimleri ile protoplazmay› daha da ayr› bir biçimde incelemifltir. 1887’de Boveri, sentrozomu, 1897’de Benda, mitokondriyi, 1898’de Golgi, golgi ayg›t›n›, 1899’da Garnier, endoplazmik retikulumu, 1905’de Farmer ve Moore mayoz bölünmeyi keflfetmifllerdir. Daha sonra 1944 y›l›nda Avery ve McCarty, daha sonra da Griffitis DNA’n›n genetik ifllevi oldu¤unu aç›klam›fl, Watson ve Crick ise 1953 y›l›nda DNA’n›n çift sarmal yap›s›n› ortaya koyarak Moleküler Biyolojinin temelini kurmufllard›r.

Prokaryotik Hücre Organizasyonu Yap›sal olarak basit bir organizasyona sahiptirler. Temel olarak protoplazma ve onun etraf›n› çeviren plazma membran› ile bu membran›n d›fl›nda bulunan hücre duvar›ndan meydana gelmektedirler. Hücre duvar› yap›sal flekil ve destek sa¤larken, d›fl ortam ile iliflkiyi düzenler. Baz› prokaryotlarda hücre duvar› bulunmayabilir (mikoplazma). Hücre duvar› 10nm kal›nl›¤›nda ve 3 katl› bir yap› göstermekle birlikte gram boyalar› ile boyanma özelli¤ine göre gram (+) ya da gram (-) olarak s›n›fland›r›l›r. Prokaryot mikroorganizmalar zarl› organel içermemekle birlikte baz› durumlarda plazma zar› girintili ç›k›nt›l› bir özellik gösterebilir. Burada mezozom ad› verilen ve hücresel solunum ile ilgili olan katlanmalar› meydana getirirler. Mavi-yeflil algler ile mor bakterilerde ise yine ayn› flekilde fikobilozom ad› verilen ve fotosentez yapmaya yarayan ›fl›k pigmentleri bulunmaktad›r. Bu verilen örnekler haricinde hücre içerisinde herhangi bir zar sistemi bulunmamaktad›r. Prokaryot hücrelerin sitoplazmas› içerisinde çeflitli kimyasal maddeler, metabolitler ve ribozomlar bulunmaktad›r. Sitoplazma içerisinde fibrilli özellik gösteren

Protoplazma: Hücre içerisindeki sitoplazma ve organellerin tamam›. Plazma membran›: Hücre membran›.

20

Temel Veteriner Genetik

Nükleotid: Befl karbonlu fleker (pentoz), bir fosfat ve bir azotlu organik bazdan oluflan bir bilefliktir.

yap›lar genetik materyalin oluflturdu¤u ve nükleotid ad› verilen yap›d›r. Bu nükleotidlerin içerisinde proteinleri ile s›k› ba¤lanmam›fl özellikteki DNA molekülü bulunur ve ço¤unlukla bir halka fleklinde organize olmufltur.

Ökaryotik Hücre Organizasyonu Ökaryotik hücrelerde hücre içerisinde gerçeklefltirilecek olan her bir reaksiyon için özelleflmifl ve bir zar ile hücrenin geri kalan k›sm›ndan ayr›lm›fl organeller bulunmaktad›r. Hücre içerisinde bu organellerin yan›nda zars›z organeller ve hücrenin iskeletini oluflturan fibriller bulunmaktad›r. Ökaryotik hücrelerin bir di¤er özelli¤i de kal›tsal materyalin proteinler ile s›k›ca paketlenmifl durumda olmas› ve hücre çekirde¤i içerisinde muhafaza edilmesidir (Resim 2.1). Resim 2.1 Ökaryot ve Prokaryot Hücre Yap›s›.

Ökaryot Mitokondri Nükleolus

Nükleotid

Nükleus

Kapsül

Kaynak: http://en.wikipedia. org/wiki/Cell_(biolo gy)

Flagellum Ribozomlar

Hücre Duvar› Hücre Membran›

HÜCRE ORGANELLER‹ Hücre Membran› Tüm hücreler kendilerini d›fl ortamdan ay›ran bir membran ile çevrilmifllerdir. ‹ki katl› lipit tabakas› ve bu tabakan›n içerisinde bulunan proteinlerden (membran proteinleri) meydana gelmifltir. Hücre zar›n›n görevi hücreyi d›fl ortamdan izole etmek ve hücrenin madde al›fl verifli olaylar›n› kontrol etmektir. Meydana gelmifl oldu¤u lipit ve protein yap›s› hücre zar›na ve dolay›s› ile de hücrenin kendisine karakterini kazand›r›r. Sahip oldu¤u lipit tabaka sayesinde suya karfl› bir geçirmezlik sa¤larken, iyonlar›n biyolojik moleküllerin hücre içine girifl ve ç›k›fl› membran proteinleri sayesinde düzenlenir (Resim 2.2). Resim 2.2 Hücre Membran›.

Glikolipid

Kaynak: http://tr.wikipedia.o rg/wiki/Hücre_zar›

Fosfolipid

Golbuler Protein Hidrofobik Segment

Kolesterol

21

2. Ünite - Genetik Aç›dan Hücre ve Organizma

Sitoplazma Hücre membran› ile çekirdek membran› aras›nda kalan kolloidal bir s›v›d›r. Büyük bir miktar›n› su oluflturmaktad›r. Bu suyun %95 kadar› ba¤›ms›z su halinde bulunurken geri kalan› proteinlere ba¤l› bir biçimde bulunmaktad›r. Sitoplazma içerisinde hücre organellerinin yan› s›ra protein karakterdeki enzimler, lipitler, karbonhidratlar, proteinler, co-enzimler, ATP, ADP, mineraller ve iz elementler bulunmaktad›r.

Kolloidal: Bak›ld›¤›nda veya mikroskopla incelendi¤inde homojen görünen ancak bekletildi¤inde kendini oluflturan fazlara ayr›lan s›v›lard›r. Kan örnek olarak verilebilir.

Endoplazmik Retikulum Çekirdek zar› ile sitoplazma aras›nda kanal ve keselerden oluflan bir zar sistemidir. Hücresel zarlar›n hemen hemen tamam›n›n yap›s›n› endoplazmik retikulum (ER) oluflturur. Hücre içerisinde ifllevine göre; d›fl yüzeyinde ribozomlar bulunan Granüllü ER, ribozomlarla herhangi bir iliflkisi bulunmayan Granülsüz ER ve golgiye gitmek üzere meydana gelen veziküllerden oluflan Transisyonel ER olmak üzere üç gruba ayr›lm›fllard›r (Resim 2.3). Resim 2.3 Endoplazmik Retikulum. Kaynak: http://en.wikipedia. org/wiki/Endoplasm ic_reticulum

Ribozom Ribozom hücre içerisinde protein sentezinin yap›ld›¤› organeldir. Ortalama %60 RNA ve %40 proteinden meydana gelen büyük ve küçük olmak üzere iki alt birimden oluflmaktad›r. Ökaryotlarda büyük alt birimde 3 adet, küçük alt birimde ise 1 adet RNA molekülü bulunmaktad›r. Bu alt birimler çekirdekte üretildikten sonra sitoplazmaya geçerler ve protein sentezi esnas›nda birleflerek ribozomlar› olufltururlar.

Lizozom Lizozomlar içerisinde sindirim enzimleri bulunan zarla çevrili organellerdir. Hücre d›flar›s›ndan hücre içerisine al›nan maddeleri sindirdikleri gibi hücre içerisindeki kullan›lmayan maddeleri ve metabolizma art›klar›n› da parçalamakla görevlidirler. Genel olarak bir vakuol yap›s› göstermelerinin yan›nda boyut, ifllev ve hücre içerisine al›nan maddelerin özeliklerine göre farkl›l›klar gösterir.

22

Temel Veteriner Genetik

Peroksizom Peroksizomlar da lizozomlara benzer flekilde çeflitli metabolik reaksiyonlar› içeren enzimleri içerirler ancak lizozomlarla karfl›laflt›r›ld›¤›nda daha küçüktürler. Kendi genomlar› bulunmamas›na ra¤men bölünerek ço¤alabilirler. Memeli hücrelerinde 500 kadar peroksizom bulunmas›yla birlikte çeflitli reaksiyonlarda görev alan peroksizomlarda yaklafl›k olarak 50 farkl› enzim bulunmaktad›r.

Golgi Ayg›t› Sfingomiyelin: Hayvansal hücre membran›nn ana bileflenlerinden biridir.

Golgi ayg›t› ribozomlarda sentezlenen proteinlerin ifllenerek endozom, lizozom, plazma zar› ve salg› gibi hedef bölgelerine gönderilmek üzere s›n›fland›r›l›p paketlendikleri organeldir. Ayn› zamanda glikolipidlerin ve sfingomiyelinin de sentezlenmesinden sorumludur. Özet olarak golgi ayg›t› salg› metabolizmas› boyunca meydana gelen hücresel ürünlerin s›n›fland›r›l›p ifllenmesi ile görevlidir (Resim 2.4).

Resim 2.4 Golgi Ayg›t›. Kaynak: http://en.wikipedia. org/wiki/Golgi_app aratus

Mitokondri

Matriks: Mitokondri içerisindeki plazmaya verilen add›r.

Mitokondriler, hücre içerisinde lipit ve karbonhidratlar› oksidatif fosforilasyon ile y›k›mlayarak ATP olufltururlar. Baflka bir deyiflle, hücre içerisinde gerekli olan enerjinin üretilmesinden mitokondriler sorumludur. Mitokondriyi hücre içerisindeki di¤er organellerden ay›ran en büyük özellik tRNA, rRNA ve baz› mitokondriyal proteinlerin sentezlenmesinden sorumlu olan ve mitokondriyal DNA (m+DNA) ad› verilen kendine has DNA’s› olmas›d›r. Yani mitokondrinin yap›lanmas› s›ras›nda hem hücresel genom taraf›ndan kodlanan proteinlere hem de mitokondrinin kendine has genomundan meydana gelen proteinlere ihtiyaç duyulmaktad›r. ‹ki katl› zar yap›s›ndan meydana gelmifl olan mitokondrinin iç zar› matrikse do¤ru ç›k›nt›lar oluflturarak mitokondri içerisindeki reaksiyon yüzeyini artt›rmaktad›r (Resim 2.5).

23

2. Ünite - Genetik Aç›dan Hücre ve Organizma

Resim 2.5 Mitokondri. Kaynak: http://en.wikipedia. org/wiki/Mitochond rion

Kloroplast Kloroplastlar›n hücre içerisindeki görevi mitokondrilerle benzerlik göstermektedir. Hücre içerisindeki ATP’nin üretiminden sorumlu olmakla birlikte bu ATP üretimini fotosentez yolu ile gerçeklefltirmektedir. Mitokondriye bir di¤er benzerli¤i ise kendisine ait bir DNA’s›n›n bulunmas›d›r. Ancak mitokondri ile karfl›laflt›r›ld›¤›nda kloroplastlar daha büyük ve daha karmafl›k bir yap› oluflturmaktad›rlar. Kloroplastlar ayn› zamanda amino asitleri, ya¤ asitlerini ve kendi zarlar›n›n lipit bileflenlerini de sentezlemekle görevlidirler. Kloroplast bitki hücrelerine özgü bir organeldir.

Sentrozom Hücredeki hareket olaylar›ndan sorumlu organeldir. Mitoz bölünme s›ras›nda kromozomlar›n mekik iplikleriyle hücrenin kutuplar›na çekilmesi sentrozomun görevidir. Bu ifllem s›ras›nda iki adet sentriol fleklinde hücrenin kutuplar›na yerleflir. Ayn› zamanda Hücrenin hareketini sa¤layan, silyum, flagellum gibi organeller ile spermatozoonun kuyruk hareketinden sorumludur. Sentrozom hayvan hücrelerine özgü bir organeldir.

Nükleus Ökaryotik canl›lar› prokaryotlardan ay›ran en önemli özellik nükleusun varl›¤›d›r. Genetik materyalin bulundu¤u yer hücrenin çekirde¤idir. Ayn› zamanda DNA’n›n replikasyonu, transkripsiyonu ve RNA ifllenmesi çekirde¤in içerisinde meydana gelir. Çekirdek zar› iç ve d›fl zar olmak üzere iki katl› bir yap›dan oluflmufltur. En büyük görevi içersindeki genetik materyalin muhafaza edilmesidir. Bu yap› üzerinde sitoplazma ile iliflkiyi sa¤layan porlar bulunmaktad›r. Çekirdek zar›n›n d›fl katman› endoplazmik retikulum ile iliflki içerisinde olup bu iliflki sitoplazma ile çekirdek aras›ndaki madde geçiflini düzenlemektedir (Resim 2.6). Nükleus zar› ile nükleolus aras›nda kalan bofllu¤u dolduran s›v›ya nükleoplazma ad› verilir. Bu s›v› içerisinde kromatin iplikçikleri bulunmaktad›r. Fibriller yap›da olan iplikçiklere kromonema, granüler kolloidal yap›da olanlar›na ise kromatin (DNA) ad› verilir.

24

Temel Veteriner Genetik

Resim 2.6 Nükleus. Kaynak: http://en.wikipedia. org/wiki/Cell_nucle us

Nükleolus Hücre boyand›¤›nda çekirde¤in içerisindeki koyu boyanan bölge nükleolus (çekirdekçik) olarak tan›mlan›r. ‹çerisinde çok miktarda RNA ve ribozomlar›n yap›m›nda kullan›lan proteinler bulunmaktad›r. Hücre bölünmeden önce kullan›lacak olan ribozomlar›n rRNA’lar› nükleolus (çekirdekçik) taraf›ndan sentezlenmektedir (Resim 2.7). Resim 2.7 Nükleolus. Kaynak: http://en.wikipedia. org/wiki/Nucleolus

SIRA S‹ZDE

1

SIRAkendine S‹ZDE has bir DNA’s›n›n bulunmas›n›n genetik aç›dan önemi nedir? Mitokondrinin

D Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M

S O R U

S O R U

D‹KKAT

D‹KKAT

25

2. Ünite - Genetik Aç›dan Hücre ve Organizma

HÜCRE BÖLÜNMES‹ Mitoz Bölünme Mitoz bölünmede amaç, kromozomlar›n birer kopyas›n› oluflturmak ve daha sonra bu kopyalar› hücre bölünmesi ile bu özdefl kromozomlar›n, oluflan iki yavru hücreye da¤›t›lmas›d›r. Mitoz bölünme nöron ve baz› uç sinirler hariç tüm dokularda meydana gelen bir olayd›r. Çünkü dokular›n oluflmas› ve devaml›l›¤› için mitoz bölünme gerekmektedir. Kültüre edilmifl olan memeli hücrelerinde bir mitoz döngüsü 24 saat kadar olup bölünmenin kendisi ise 20 dakika ile 1 saat kadar sürmektedir. Mitoz bölünme interfaz, profaz, metafaz, anafaz ve telofaz olmak üzere 5 temel basama¤a ayr›l›r.

‹nterfaz Hücrenin iki mitoz aras›nda geçirdi¤i dönemdir. Temel olarak G1, S ve G2 olmak üzere üç evreden meydana gelmifltir. G1 (gap-aral›k) evresi: ökaryotlarda 10 saat kadar süren bu evrede RNA ve protein sentezi devam ederken DNA sentezi için haz›rl›klar yap›lmaktad›r. S (Sythesis-sentez) evresi: Ortalama olarak 9 saat süren bu evrede RNA ve protein sentezi devam ederken DNA sentezi yani replikasyonu bafllar. Bu evrede hücre içerisindeki DNA miktar› 2 kat›na ç›kar. G2 (gap-aral›k) evresi: 4 saat kadar süren bu evrede RNA ve Protein sentezi G1 deki gibi devam ederken DNA replikasyonu ifllemi sona ermifltir.

Profaz Bu evrede nükleus membran› ve nükleolus kaybolmaya bafllar. Kromozomlar k›sal›p kal›nlafl›rlar ve protein matriks içerisine girerler. Bu aflamadan sonra kromozomlar kal›nlaflm›fl bir flekilde ›fl›k mikroskobunda görülebilir hale gelirler. Sentrozom sentriollere ayr›l›r ve her bir sentriol hücrenin kutuplar›na yerleflerek i¤ iplikleri ile kromozomlar›n sentromer bölgelerine ba¤lan›r. Bu aflamada kromozomlar kardefl kromatidler fleklinde görülebilir durumdad›r. Nükleus membran›n›n ve nükleolusun tamamen kaybolmas› ile hücre metafaz safhas›na geçmifl olur (Resim 2.8). Resim 2.8 Profaz Safhas›. Kaynak: http://en.wikipedia. org/wiki/Mitosis

26

Temel Veteriner Genetik

Metafaz Bu safhada kromozomlar sentromerlerinden hücrenin ekvatoral düzlemine yerleflmifl durumdad›rlar. Bu görüntüye ekvatoral plak ya da metafaz pla¤› ad› verilir. Kromozomlar›n k›sal›p kal›nlaflma ifllemi metefaz boyunca da devam eder. Metafaz evresi yaklafl›k 1 saat kadar sürer (Resim 2.9). Resim 2.9 Metafaz Safhas›. Kaynak: http://en.wikipedia. org/wiki/Mitosis

Anafaz Kromozomlar›n s›n›fland›r›lmas› ileriki ünitelerde ayr›nt›l› olarak ifllenecektir.

Resim 2.10 Anafaz Safhas›. Kaynak: http://en.wikipedia. org/wiki/Mitosis

Bu evrede sentromerlerinden birbirine ba¤l› olan kardefl kromozomlar ayr›l›rlar ve i¤ iplikleri ile hücrenin kutuplar›na do¤ru çekilmeye bafllarlar. Bu olaydan sonra kardefl kromozomlar ayr› ayr› görülürler ve sentromer bölgelerinin kromozom üzerindeki yerine göre Metasentrik, Submetasentrik, Akrosentrik ve Telosentrik kromozomlar olarak s›n›fland›r›l›rlar. Daha sonra hücre telofaz evresine geçer (Resim 2.10).

27

2. Ünite - Genetik Aç›dan Hücre ve Organizma

Telofaz Bu aflamada kardefl kromozomlar hücrenin iki kutbuna tamamen çekilmifl durumdad›r. Nükleus membran› ve nükleolus yeniden flekillenirken kromozomlar yine interfazdaki hallerini almaya bafllarlar. Daha sonra sitokinez ile hücre membran›n›n da bölünmesi gerçekleflir ve hücre bölünmesi tamamlanm›fl olur (Resim 2.11). Resim 2.11 Telofaz Safhas›. Kaynak: http://en.wikipedia. org/wiki/Mitosis

SIRA S‹ZDE Kromozomlar›n çekirdek içerisindeki morfolojileri hücrenin her evresinde ayn› m›d›r?

Mayoz Bölünme

2

D Ü fi Ü N E L ‹ M

Efleyli olarak ço¤alan canl›larda efley organlar›nda görülen bölünme biçimidir. Mayoz bölünme fertilizasyon öncesi gametlerin oluflturulma (gametogenesis) evreS O R U sonucunda sidir. Bu bölünme fleklinde mitoz bölünmeden farkl› olarak bölünme oluflan hücrelerde kromozom say›s› yar›ya inmifl durumdad›r. Ayn› zamanda yine mitoz bölünmeden farkl› olarak mayoz bölünmede Mayoz I ve II olmak D ‹ KMayoz KAT üzere birbirini izleyen 2 adet bölünme bulunmaktad›r. Birinci mayoz bölünme kromozom say›lar›n›n yar›ya indi¤i bölünme olup SIRA S‹ZDE burada diploid (2n) yap›l› bir hücreden haploid (n) yap›da iki adet hücre meydana gelir. ‹kinci mayoz bölünme de ise kromozomlar›n kendilerini efllemesi ve hücre bölünmesi gerçekleflir. Mayoz bölünme sonucundaAMAÇLARIMIZ 4 adet haploid (n) hücre meydana getirilmifl olur. Mayoz I’in profaz evresi mitotik profaz evresinden farkl› bir flekilde gerçekleflmektedir. Mayotik bölünmenin bu faz› 5 evreden meydana gelmektedir. Bunlar; Leptoten, Zigoten, Pakiten, Diploten K ‹ T A P ve Diyakinez evreleridir.

N N

Profaz I

TELEV‹ZYON

Leptoten: Hücredeki kromatin a¤› yavafl yavafl k›sal›p kal›nlaflarak kromozom halini almaya bafllar. Her kromozom bir çift kardefl kromatidten oluflmufl durumdad›r. Zigoten: Bu evrenin en önemli özelli¤i bafllang›çta kromozomlar›n ayn› hizaya ‹ N T E R NKromozomlar ET gelmesidir. Kromozomlar bu evrede de sürekli k›sal›p kal›nlafl›rlar. ayn› hizaya gelerek fermuar benzeri bir yap› halinde çift olarak bulunurlar. Bu yap›ya sinaptonemal kompleks ad› verilir.

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

28

Temel Veteriner Genetik

Pakiten: Kromozomlar›n replike olarak tetratlar› meydana getirdikleri dönemdir. Homolog kromozomlar yer yer birbirlerine yak›nlafl›rlar ve kardefl olmayan kromatidler bu yak›nlaflma bölgelerinden birbirlerine ba¤lanarak sinaps meydana getirirler. Kardefl olmayan kromatidler aras›nda bu sinaps bölgelerinden parça de¤iflimi meydana gelir. Bu olaya krossing-over ad› verilir. Diploten: Birbirleriyle sinaps yapm›fl olan kromozomlar bu evrede ayr›lmaya bafllarlar. Sinaptonemal kompleks kaybolur. Ancak kiyazma noktalar›ndan hâlâ birbirlerine ba¤l›d›rlar çünkü bu durum metafazda ekvatoral düzleme yerleflmeleri için gereklidir. Bu evrede kiyazma noktalar›ndan ba¤l› 4 kromatid fleklinde görülürler. Diyakinez: Metafaza geçifl evresidir ve bu evrede kromozomlar tamamen yo¤unlafl›rken ekvatoral düzleme do¤ru hareket etmeye bafllarlar. Çekirdek ve çekirdek membran› kaybolur. Her bir tetrat›n iki adet sentromeri i¤ ipliklerine ba¤lan›r.

Metafaz I Homolog kromozomlar hücrenin ekvatoral düzlemine yerleflerek metafaz pla¤›n› meydana getirirler. Bu aflamada homolog kromozomlar sentromer bölgelerinden i¤ ipliklerine ba¤l› bir biçimde hücrenin z›t kutuplar›na do¤ru olacak flekilde yerleflmifl durumdad›rlar. Çekirdek membran› tamamen ortadan kalkm›fl durumdad›rlar.

Anafaz I Bu aflamada kromozomlar hücrenin iki kutbuna do¤ru çekilmeye bafllarlar. Mitozdan farkl› olarak mayoz bölünmenin anafaz safhas›nda kardefl kromatidler birbirlerinden ayr›lmazken homolog kromozomlar birbirlerinden ayr›larak hücrenin kutuplar›na do¤ru çekilmeye bafllarlar. ‹flte bu evrede homolog kromozomlar›n ayr›lmas› sayesinde oluflacak olan yavru hücrelerde kromozom say›s› yar›ya düfler. Di¤er bir deyiflle 2n say›da kromozom içeren diploid bir hücreden n say›da kromozom içeren haploid iki hücre meydana getirilmifl olur.

Telofaz I Bu safhada kromozomlar hücrenin kutuplar›na yerleflirler ve yine mitoz bölünmede oldu¤u gibi sitokinez gerçekleflir. Yeni hücrelerin çekirdek membranlar› oluflturulur ve mayoz I tamamlanm›fl olur.

Mayoz II Buradaki amaç iki kromatid halinde bulunan kromozomlar› kromatidlerine ay›rarak ayr› birer hücreye tafl›makt›r. Mayoz I’den daha k›sa süren bu safhada profaz II, metafaz II, anafaz II ve telofaz II evreleri bulunmaktad›r. Profaz II’de i¤ iplikleri oluflur ve kromozomlar›n sentromer bölgelerine tutunurlar. Metafaz II de her bir kromozomu sentromer bölgelerinden tutarak hücrenin ekvatoral düzlemine do¤ru çekerler. Metafaz›n sonunda kromozomlar i¤ iplikleri ile sentromer bölgelerinden çekilerek ikiye ayr›l›rlar ve anafaz II safhas›nda her bir kromatid, hücrenin kutuplar›na yerleflir. Telofaz II’de ise hücre sitokinez ile bölünür ve her bir kromozomdan tek bir kromatid bar›nd›ran 4 adet yavru hücre meydana getirilmifl olur (Resim 2.12).

29

2. Ünite - Genetik Aç›dan Hücre ve Organizma

Resim 2.12

2. Yavru Çekirdekler Yavru Çekirdek

‹nterfaz

Mayoz Bölünme S›ras›nda Kromozomlar›n Da¤›l›m›. Kaynak: http://en.wikipedia. org/wiki/Meiosis

Mayoz 1 Mayoz I1 Homolog Kromozomlar

SIRAolabilmesini S‹ZDE Mayoz bölünme s›ras›nda meydana gelen çeflitlili¤in bu kadar fazla nas›l aç›klayabiliriz?

3

Mayoz ve Mitoz Bölünmenin Genetik ÖnemiD Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M

1. Fertilizasyondan önce gametlerdeki genetik materyalin yar›ya indirilmesi soS O R U nucunda fertilizasyon sonras› kromozom say›s›n›n tür içerisinde sabit kalmas› mayoz bölünme ile sa¤lanm›fl olur. 2. Her bir ebeveyn kromozomunun sadece tek bir nükleotidi mayoz sonras›nD‹KKAT da yavru hücreye aktar›lmaktad›r. Bu aktar›lma ifllemi rastgele meydana gelmekte ve ayn› zamanda mayoz bölünme s›ras›nda kardefl olmayan kromaS‹ZDE tidlerdeki parça de¤iflimi (krossing-over) sayesinde türSIRA içerisinde oldukça genifl bir çeflitlili¤in olmas› sa¤lanmaktad›r. 3. Tüm bu rastgele aktar›lma ve krossing-over olaylar›AMAÇLARIMIZ dikkate al›nd›¤›nda efleyli olarak ço¤alan canl›lar›n efleysiz olarak üreyen canl›lara karfl› büyük bir genetik üstünlü¤ü bulunmaktad›r. 4. Organizman›n geliflmesi, hücrelerin yenilenmesi veK ‹yara T A Piyileflmesini sa¤layan mitoz bölünmedir. Genetik aç›dan önemi ise kromozom say›s›n›n sabit tutulmas›d›r.

N N

TELEV‹ZYON

Mitoz ve Mayoz Bölünme Aras›ndaki Farklar Mitoz

‹NTERNET Somatik hücrelerde görülen bölünme biçimidir. Canl› zigot halindeyken bafllar ve yaflam boyunca devam eder. Kromozomlar kendilerini eflledikten sonra tek bir hücre bölünmesi gerçekleflir. Her bir mitoz bölünmeden sonra iki adet yavru hücre meydana gelir. Oluflan yavru hücrelerdeki kromozom ay›s› ana hücre ile eflittir. Kromozomlar aras›nda herhangi bir genetik materyal aktar›m› söz konusu de¤ildir. 7. Meydana gelen yavru hücreler genetik aç›dan birbirlerinin ayn›s›d›r.

1. 2. 3. 4. 5. 6.

SIRA S‹ZDE

S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

30

Temel Veteriner Genetik

Mayoz 1. Yaln›zca cinsiyet hücrelerinde yani gonadlarda görülen bölünme biçimidir. 2. Canl› cinsel olgunlu¤a (puberte) ulaflt›¤› zaman bafllar. 3. Kromozomlar›n kendilerini eflleflmelerini takiben ard arda iki adet hücre bölünmesi gerçekleflir. 4. Her bir mayoz bölünmeden sonra 4 adet yavru hücre meydana gelir. 5. Oluflan yavru hücrelerin kromozom say›s› ana hücrenin yar›s› kadard›r. 6. Kromozomlar aras›nda genetik materyal al›fl verifli (krossing-over) olmaktad›r. 7. Meydana gelen yavru hücreler genetik aç›dan birbirlerinden çok farkl› olabilirler.

2. Ünite - Genetik Aç›dan Hücre ve Organizma

31

Özet

N AM A Ç

1

N AM A Ç

2

Ökaryot ve prokaryot hücre tiplerinin yap›lar›n› aç›klayabilmek. Genel olarak hücreler ökaryot ve prokaryot olarak ikiye ayr›l›rlar. Prokaryotlarda hücre duvar› ve hücre membran› bulunurken ribozom haricinde zar ile çevrili herhangi bir organelleri bulunmaz. Hücre içerisindeki reaksiyonlar sitoplazma içerisinde gerçeklefltirilir. Genetik materyal ise halkasal yap›da olup yine sitoplazma içerisinde serbest olarak bulunmaktad›r. Ökaryotlar ise hücredeki her bir ifllem için özelleflmifl bir organel bulunmakla birlikte genetik materyal çekirdek içerisinde muhafaza edilmifl durumdad›r.

N A M A Ç

Ökaryot hücre organellerini ve görevlerini tan›mlayabilmek. Ökaryotlardaki organellerin görevlerini maddeler halinde özetleyecek olursak; • Hücre membran› hücreyi d›fl ortamdan izole ederken hücredeki madde al›fl veriflini kontrol eder. • Sitoplazma hücre içerisinde bulunan yar› ak›flkan s›v›d›r. ‹çerisinde organelleri bar›nd›r›r. • Endoplazmik retikulum çekirdek zar› ile sitoplazma aras›ndaki zar ve kanal sistemidir hücre içerisindeki zarl› yap›lar›n oluflumuna kat›l›r. • Ribozom hücre içerisinde protein sentezinin yap›ld›¤› organeldir. • Lizozomlar içerdikleri sindirim enzimleri ile hücre içi sindirimden sorumludurlar. • Peroksizomlar lizozomlara benzemekle birlikte içerlerinde bulundurduklar› enzimlerle çeflitli metabolik reaksiyonlarda görev al›rlar. • Golgi ayg›t› hücre içerisinde sentezlenen protein ve enzimlerin hedef bölgeye iletilmesi için gereken paketlenme iflleminden sorumludur. • Mitokondri hücrenin iflleyifli için gereken enerjinin üretiminden sorumlu organeldir. • Kloroplastlar bitki hücresine özel olup mitokodri ile ayn› görevi görmektedir ancak ATP üretimi yan›nda amino asitleri, ya¤ asitlerini

3

N A M A Ç

4

ve kendi zarlar›n›n lipit bileflenlerini de sentezlemekle görevlidirler. • Sentrozom hayvan hücrelerinde hücredeki hareket olaylar›ndan sorumlu organeldir. • Nükleus prokaryotlar› ökaryotlardan ay›ran en önemli yap› olup genetik materyali içerisinde bar›nd›r›r. • Nükleolus hücre boyand›¤›nda çekirdek içerisinde bulunan koyu bölgedir ve içerisinde çok miktarda RNA bar›nd›r›r. Hücreler bölünerek ço¤almaktad›rlar ve efleyli üreyen canl›lardaki hücre bölünmesi genel olarak mitoz ve mayoz bölünme olarak ikiye ayr›l›r. Mitoz bölünme ve önemini yorumlayabilmek. Mitoz Bölünme: Mitoz bölünme somatik hücrelerde meydana gelen bölünme flekli olup. ‹nterfaz evresinin sonunda kromozomlar›n kendisini efllemesi ile bafllar. Profaz, metafaz, anafaz ve telofaz safhalar›ndan sonra hücre bölünerek bir ana hücreden ana hücrenin genetik olarak kopyas› olan iki adet yavru hücre meydana gelir. Mayoz bölünme ve önemini yorumlayabilmek. Mayoz Bölünme: Mayoz bölünme efleyli canl›lar›n cinsiyet hücrelerinde fertilizasyona kat›lacak olan gametleri oluflturmak için meydana gelir. Mayoz I ve mayoz II olmak üzere iki aflamada gerçekleflir. Bu bölünmede kromozomlar kendini bir kez eflledikten sonra iki adet bölünme gerçekleflir. Meydana gelen krossing over olay› ile birlikte bir ana hücreden ana hücrenin kromozom say›s›n›n yar›s› kadar kromozoma sahip ve genetik olarak ana hücreden farkl› olan 4 adet gamet meydana getirilir.

32

Temel Veteriner Genetik

Kendimizi S›nayal›m 1. Afla¤›dakilerden hangisi mitokondrinin görevlerinden biridir? a. Hücre içerisinde üretilen enzim ve salg›lar› paketlemek b. Protein sentezlemek c. Oksidatif fosforilasyon ile ATP sentezlemek d. Hücre içerisinde madde iletimi sa¤lamak e. Hücre DNA’s›n› muhafaza etmek 2. Endoplazmik retikulumdan köken alan, hücre içerisinde sentezlenen enzimlerin paketlenmesinden sorumlu olan ve glikolipid ve sfingomiyelinlerin sentezini yapan organel afla¤›dakilerden hangisidir? a. Lizozom b. Peoksizom c. Ribozom d. Golgi ayg›t› e. Ribozom 3. Afla¤›dakilerden hangisi mitoz bölünmenin evrelerinden biri de¤ildir? a. Profaz b. Diploten c. Metafaz d. Anafaz e. Telofaz 4. Mayoz bölünme s›ras›nda meydana gelen krossing over olay› profaz I’in hangi evresinde geçekleflir? a. Leptoten b. Pakiten c. Zigoten d. Diploten e. Diyakinez 5. I. Gerçeklefltikleri hücre türü. II. Bölünme sonunda meydana gelen hücre say›s›. III. Yavru hücrelerdeki DNA miktar›. IV. Ana hücrelerdeki DNA miktar›. Yukar›dakilerden hangileri mitoz ve mayoz bölünmeyi birbirinden ay›r›r? a. Yaln›z I b. II ve IV c. I, II ve III d. I, III ve IV e. I, II, III ve IV

6. Hücre bölünmesi s›ras›nda i¤ ipliklerinin oluflumu ve kromozomlar›n hareketi sa¤layan organele ne ad verilir? a. Mitokondri b. Nükleolus c. Kloroplast d. Endoplazmik retikulum e. Sentrozom 7. I. Ribozom II. Nükleus III. Mitokondri IV. Hücre Membran› V. Hücre Duvar› Yukar›daki organellerden hangileri ökaryot ve prokaryot hücreleri birbirinden ay›r›r? a. I ve II b. II ve III c. II,III ve V d. I, II, III ve V e. I, III, IV ve V 8. Afla¤›dakilerden hangisi hücre membran›n›n görevlerinden biri de¤ildir? a. Hücreyi d›fl ortamdan izole etmek b. Hücre bütünlü¤ünü korumak c. Hücre içi ve d›fl› aras›nda madde al›fl veriflini düzenlemek d. ‹çerisindeki lipit tabakas› sayesinde suya karfl› geçirmezlik sa¤lamak e. Hücre çekirde¤ine madde geçiflini sa¤lamak 9. Afla¤›daki organellerden hangisi hücre içerisindeki protein sentezinden sorumludur? a. Mitokondri b. Golgi ayg›t› c. Ribozom d. Nükleus e. Peroksizom 10. Kromozomlar›n sentromerlerinden hücrenin ekvatoral düzlemine yerleflerek ekvatoral plak ad› verilen görüntüyü oluflturmalar› hücre bölünmesinin afla¤›daki evrelerinden hangisinde meydana gelir? a. Metafaz b. Anafaz c. ‹nterfaz d. Profaz e. Telofaz

2. Ünite - Genetik Aç›dan Hücre ve Organizma

33

Okuma Parças› Embriyonik Kök Hücre Kültürü Erken embriyo hücreleri, ço¤alma ve eriflkin hayvanda doku ve organlar›n tümünü oluflturabilecek kapasitelerinden dolay› özeldirler. 1970 y›l›nda, fare erken embriyosunun, rahimden ç›kar›l›p rahimden ilgisiz yerlere aktar›ld›klar›nda, s›kl›kla tümör gelifltirdikleri bulundu. Teratokarsinom ad› verilen bu tümörler, hayvanda ço¤ald›klar›nda bir dizi farkl› doku oluflturabilme kapasitesini içeriyorlard›. Ayr›ca teratokarsinom hücreleri (embriyonal karsinom hücreleri olarak da adland›r›l›r), izole edilip, hücre kültüründe üretilebiliyorlard›. Normal embriyo hücrelerini and›ran bu hücreler, kültürde çeflitli hücre tiplerine farkl›laflabiliyorlard›. Baz› embriyonal karsinom hücreleri, erken fare embriyolar›na enjekte edilerek tafl›y›c› bir anneye afl›land›klar›nda, normal fare geliflimine katk›da bulunabiliyorlard›. Embriyonal karsinom hücrelerinin, çeflitli hücre tiplerine farkl›laflabilmeleri ve normal fare geliflimine kat›labilmeleri, tümör-kaynakl› bu hücrelerin, normal embriyonik kök hücrelerle yak›n iliflkili olabileceklerini düflündürdü. Ancak, farede teratokarsinomlar›n geliflimi s›ras›ndaki olaylar bilinmiyordu. Gail Martin, teratokarsinomlarda bulunan embriyonal karsinom hücrelerinin asl›nda, rahimden ç›kar›l›p ilgisiz bölgelere aktar›ld›klar› ve normal farkl›laflmay› bafllatabilecek uygun sinyaller almad›klar› için anormal ço¤alan, normal embriyo hücreleri olduklar› hipotezini savundu. Bu hipoteze dayanarak, normal embriyonik kök hücre hatlar› elde etmek amac›yla, fare embriyosundan hücre kültürleri yapmaya çal›flt›. Onun deneyleri ve Martin Evans ile Matthew Kauffman’›n benzer çal›flmalar› (Establishment in culture of pluripotential cells from Mouse embryos, Nature, 1981, 292:154-156), kök hücrelerin normal fare embriyosundan do¤rudan kültüre edilebilece¤ini gösterdi. Bu embriyonik kök hücre dizilerinin izolasyonu, fare geliflim analizleri ve genetik kullan›fll›l›k yan›nda, transplantasyon tedavilerinde insan embriyonik kök hücrelerinin kullan›m› olas›l›¤›n›n da yolunu açt›. Deneyler Embriyonal karsinoma hücrelerinin normal embriyonik kök hücrelerinden geldikleri temeline dayanarak, Martin, normal fare blastositlerinden kültür yapmaya giriflti. Yaklafl›k 30 embriyonun hücreleriyle bafllayarak, bir haftal›k kültür sonras›nda, bafllang›çta dört hücre kolonisi ile tekrarlanarak, benzer hücre dizileri oluflturdu. Normal embriyodan (embriyonik kök hücre) oluflan hücre dizileri, tümör kökenli embriyonal karsinom hüc-

relerine çok benziyordu. Daha da önemlisi, embriyonik kök hücreler kültürde, endoderm hücreleri, k›k›rdak ve nöron benzeri hücreler gibi çeflitli hücre tiplerine farkl›laflabiliyordu. Ayr›ca embriyonik kök hücreler fareye enjekte edildiklerinde çeflitli farkl›laflm›fl hücre tiplerini içeren tümörler gelifliyordu. Sonuçta, çeflitli hücre tiplerine farkl›laflma özelli¤ini koruyan embriyonik kök hücre dizilerinin, kültürde normal fare embriyolar›ndan oluflturulabilece¤i anlafl›lm›fl oldu. Etki Embriyonik kök hücre dizilerinin oluflturulmas›, fare geneti¤i ve geliflimi çal›flmalar›na büyük etkisi yan› s›ra, çeflitli insan hastal›klar›n›n tedavisi için yeni olanaklar›n aç›lmas›n› sa¤lam›flt›r. Sonraki çal›flmalar, embriyonik kök hücrelerinin, fare embriyosuna enjeksiyonunu takiben, normal fare geliflimine kat›ld›¤› gösterilmifltir. Gen transfer teknikleri kültüre edilmifl embriyonik kök hücrelere mutant genleri nakletmek ya da de¤ifltirmek amac›yla kullan›labildikleri için, bu hücreler fare geliflimindeki çeflitli genlerin rollerini anlamak amac›yla kullan›labildi. ‹ki grup araflt›rmac› 1980 y›l›nda ilk insan embriyonik kök hücre hatlar›n› gelifltirdiler. Bu hücrelerin ço¤alma ve farkl›laflma kapasitelerinden dolay›, çeflitli hastal›klar›n sa¤alt›m yöntemlerinin geliflebilece¤i umudunu verdiler. Birçok teknik problem ve etik kayg›y› çözmek gerekmesine ra¤men, embriyonik kök hücrelerin kullan›m›n› temel alan transplantasyon tedavileri, Parkinson, Alzheimer, diyabet ve omurilik yaralanmalar› gibi hastal›klar›n kesin tedavisi için en büyük umuttur. Kaynak: Cooper G. M., Hausman R.E., (2006). HücreMoleküler Yaklafl›m, 622-623.

34

Temel Veteriner Genetik

Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar›

S›ra Sizde Yan›t Anahtar›

1. c

S›ra Sizde 1 Oluflumlar› s›ras›nda ovum (yumurta hücresi) hücre içi organellerin tamam›na sahiptir. Sperm ise bafl k›sm›nda genetik materyali bulunduran bir çekirdek ve ovumun hücre membran›n› delmek için akrozomal enzimleri bulundurmaktad›r. Boyun k›sm›nda kuyruk hareketini sa¤lamaya yarayan enerjiyi üretmekle görevli mitokondriler bulunsa da yumurtaya girifl esnas›nda kuyruk k›sm› koptu¤undan çekirdek haricindeki tüm organeller d›flar›da kalmaktad›r. Baflka bir deyiflle fertilizasyon (döllenme) meydana geldikten sonra oluflan zigotun sahip oldu¤u organeller ovumun içerisindeki organellerdir. Yani canl› hücrelerinde sahip oldu¤u mitokondrileri yaln›zca annesinden almaktad›r. Bu da genetik materyal olarak anneden daha fazla bilgi al›nd›¤› anlam›na gelmektedir. Buradaki durumun önemi, mitokondriyal DNA’n›n maternal (anne kaynakl›) olmas›ndan dolay› iki farkl› bireyin ayn› anneden hatta iki farkl› bireyin ortak bir atadan gelip gelmedi¤inin anlafl›lmas›nda kullan›lmas›d›r. Üzerinde meydana gelen küçük mutasyonlar haricinde nesiller geçse de tüm difliler bu DNA’y› yavrular›na aktaraca¤›ndan aradan ne kadar zaman geçerse geçsin ayn› soya ya da ayn› ortak ataya sahip olan bireyler birbirlerine olan genetik benzerlikten dolay› tespit edilebilmektedir.

2. d 3. b 4. b 5. c

6. e 7. c 8. e 9. c 10. a

Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Mitokondri” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Golgi Ayg›t›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Mitoz Bölünme” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Mayoz Bölünme” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Mayoz ve Mitoz Bölünme Aras›ndaki Farklar” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Sentrozom” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Hücre bölümünü” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Hücre Membran›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Ribozom” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Hücre Bölünmesi” konusunu yeniden gözden geçiriniz.

S›ra Sizde 2 Kromozomlar›n kendilerine has olan paketlenmifl yap›lar› sadece hücre bölünmesi esnas›nda ›fl›k mikroskobu ile görülebilir durumdad›r. Hücre interfaz safhas›nda iken kromozom yap›s› gözlenemez. Kromozomlar interfaz nükleusu içerisinde aç›lm›fl ve hücre içerisindeki olaylar›n düzenlenmesi ifllevsel haldeki DNA fleklindedir. Bu evrede hücre çekirde¤inde bulunan bu aç›lm›fl DNA yap›s›na kromatin a¤› ad› verilir. DNA ancak bu aç›k fleklinde iken replikasyon ve transkripsiyon ifllemleri tamamlanabilir. S›ra Sizde 3 Homolog kromozomlar›n metafaz evresindeki dizilimleri rastgele olmaktad›r. Yani ana ve babadan gelen hangi kromozomun hangisi ile eflleflece¤i tamamen flansa ba¤l›d›r. Bunu say›sal olarak aç›klayacak olursak; ‹nsanda 23 çift kromozom oldu¤undan bunlar›n kombinasyon miktar› 223 olarak ifade edilmektedir ki bu da 8.388.608’e eflittir. Fertilizasyondan sonra oluflacak zigotun genetik kombinasyonunu hesaplarsak bu da (2x2)23 olacakt›r. Buradan mayoz bölünme ve sonras›nda fertilizasyonun gerçekleflmesiyle oluflacak zigotlar›n her seferinde birbirlerinden ne kadar farkl› olaca¤› anlafl›lmaktad›r.

2. Ünite - Genetik Aç›dan Hücre ve Organizma

Yararlan›lan Kaynaklar Baflaran, N. (1999). T›bbi Genetik, Bursa: Günefl & Nobel Kitapevleri. Cooper, G.,M., Hausman, R.E. (2006). Hücre-Moleküler Yaklafl›m, ‹zmir: ‹zmir T›p Kitapevi. Odabafl›o¤lu, F. (2005). Veteriner Genetik, Konya: S.Ü Bas›mevi. Sa¤lam, M., Aflt›, R.N., Özer, A. ( 2001) Genel Histoloji, Ankara: Yorum Matbaac›l›k. fiayl›, B.S. (1995). Medikal Genetik ‹lkeler, Ankara: Türkiye Klinikleri Yay›nevi. Y›ld›r›m, A., Bardakç›, F., Karatafl, M., Tanyolaç, B. (2007). Moleküler Biyoloji, Ankara: Nobel Yay›n Da¤›t›m.

35

3

TEMEL VETER‹NER GENET‹K

Amaçlar›m›z

N N N N N N N N

Bu üniteyi tamamlad›ktan sonra; Mendel’in hayat›n› genel hatlar›yla tan›yacak, Bezelye bitkisinin özelliklerini ve Mendel’in deneylerinde bezelye bitkisini kullanmas›n›n avantajlar›n› aç›klayabilecek, Monohibrit birlefltirme yöntemini ve sonuçlar›n› de¤erlendirebilecek, Mendel’in birinci yasas› olan segregasyon ilkesini aç›klayabilecek, Test birlefltirmeleri ile yap›lan deneylerin do¤rulu¤unu saptayabilecek, Dihibrit birlefltirme yöntemini ve sonuçlar›n› de¤erlendirebilecek, Mendel’in ikinci yasas› olan “ba¤›ms›z düzenlenme”’yi aç›klayabilecek, Trihibrit/Polihibrit birlefltirme yöntemini ve sonuçlar›n› aç›klayabilecek bilgi ve beceriler kazanabileceksiniz.

Anahtar Kavramlar • • • • •

Mendel Monohibrit Dihibrit/Trihibrit/Polihibrit Genotip Fenotip

• • • •

Segregasyon ‹lkesi Ba¤›ms›z Düzenlenme Karakter Kal›t›m

‹çindekiler

Temel Veteriner Genetik

Mendel Kal›t›m›

• GREGOR MENDEL’‹N YAfiAMI • KALITIMLA ‹LG‹L‹ TEMEL KAVRAMLAR • MENDEL’‹N ÇALIfiMALARI • MONOH‹BR‹T B‹RLEfiT‹RMELER • TEST B‹RLEfiT‹RMES‹ (GER‹YE MELEZLEME/KONTROL Ç‹FTLEfiMES‹) • D‹H‹BR‹T B‹RLEfiT‹RMELER • TR‹H‹BR‹T/POL‹H‹BR‹T B‹RLEfiT‹RMELER

Mendel Kal›t›m› GREGOR MENDEL’‹N YAfiAMI Canl›lar›n özelliklerinin kal›tsal oldu¤unun bilinciyle, tarih öncesi ça¤lardan beri bitki ve hayvanlar ›slah edilmifltir. Bununla birlikte, kal›t›msal aktar›m mekanizmalar›n› anlamaya çal›flan modern genetik bilimi ancak 19. yüzy›l›n ortalar›nda, Gregor Mendel’in çal›flmas›yla bafllam›flt›r. Kal›t›m biliminin babas› olarak bilinen Gregor (Johann) Mendel (Resim 3.1), 22 Temmuz 1822 Silezya eyaletindeki Heinzendorf’da (bu( ( günkü Hyn c ice, Vra zné, Çek Cumhuriyeti) dünyaya gelmifltir. Küçük yafllarda zekâs› ö¤retmenlerince dikkat çeken Mendel, ailesinin deste¤i ile Opava’daki Gymnasium’a gönderildi. Ailesinin maddi zorluklar içerisinde okuttu¤u Gymnasium’dan 1840 y›l›nda (18 yafl›nda iken) mezun oldu. Yüksek ö¤retime devam etmesi için o y›llarda 2 y›ll›k felsefe e¤itimi almas› gerekti¤i için, 1841 y›l›nda Olomouc’taki Felsefe Enstitüsüne kaydoldu. 1843’te ise Brno’daki Aziz Thomas manast›r›na baflvuru yaparak rahip olmak istedi. Baflvurusunun kabul görmesi üzerine, 7 Eylül 1843’te rahip aday› olarak manast›ra girdi¤inde bugün halen bilinen “Gregor” ismini ald›. Rahipli¤i s›ras›nda bofl vakitlerinde bahçe iflleriyle u¤raflmaya bafllayan Mendel, botanik konusunda okudu¤u kitaplar ve Bruno Felsefe Enstitüsü’nden ald›¤› derslerle kendisini ziraat konusunda e¤itti. Manast›rda, Anton Keller ad›nda bir rahip ve tar›m uzman›n›n yan›nda botanik çal›flmaya bafllayan Mendel, ö¤retmenlik yapmak üzere Zynojmo köyündeki bir okulda görevlendirildi. Bir süre okulda çal›flt›ktan sonra ö¤retmenlik mesle¤ini devam ettirmek için girmesi gereken s›navlarda baflar› gösteremedi. ‹kinci bir flans için; 1851-1853 y›llar› aras›nda Viyana Üniversitesi’ne fizik ve botanik çal›flmak üzere gönderildi. 1854 y›l›nda s›nava girmeden tekrar Brno’ya dönüfl yaparak; hem ö¤retmenlik hem de bitki çal›flmalar›na Viyana da ö¤rendi¤i bilgilerle devam etti. Dönüfl yapt›¤› manast›r›n bahçesinde, 1856 y›l›nda ilk defa bezelyelerde monohibrit çaprazlama deneylerini gerçeklefltiren bilim adam›, yapt›¤› bir seri melezleme çal›flmalar›n› sekiz y›l sürdürmüfltür. Gerçeklefltirdi¤i bu çal›flmalar› 1865 y›-

Resim 3.1 Johann Gregor Mendel Kaynak: http://tr.wikipedia.o rg/wiki/Dosya:Greg or_Mendel.png(erifli m:20.03.2011)

Monohibrit çaprazlama: ‹ki farkl› gametin, tek bir kal›tsal karakter yönünden birbiriyle çaprazlanma olay›na verilen isimdir.

38

Melezleme: Ayn› tür içerisinde, farkl› karakter özelliklerine sahip bireyler aras›nda yap›lan birlefltirmelere melezleme denir.

Temel Veteriner Genetik

l›nda bilimsel bir kongrede sunmufltur. Mendel, hermafrodit bir bezelye türü olan Pisum sativum’un tohumlar›ndan elde etti¤i çeflitli varyeteleri ile yapt›¤› çaprazlamalardan ancak birbirine z›t yedi özellikten elde etti¤i çal›flmalar› önemli bulmufl ve bunlar 1866’da “Bitki melezleri ile çal›flmalar” bafll›kl› bir makalede yay›nlam›flt›r. Böylelikle bugün geneti¤in temellerini oluflturan bilgileri ortaya koymufltur. Çek Cumhuriyeti’nin Brno kentinde 1884 y›l›n›n 6 Ocak günü (Geçmiflte “Brünn” olarak adland›r›lan Brno kenti Avusturya-Macaristan s›n›r›nda yer almaktayd›.) hayata gözlerini kapam›flt›r. Mendel’in çal›flmalar›na 1845’te Carl Gartner taraf›ndan yay›nlanan “Bitki âleminde melezleme üzerine deneyler ve gözlemler” adl› eser ›fl›k tutmufltur. Mendel daha önce kal›t›mla ilgili edindi¤i bilgiler ›fl›¤›nda uzun ve k›sa boylu veya burufluk ve düz tohumlu bezelye bitkilerinin çaprazland›¤›nda meydana gelecek yavrunun ana-baba de¤erleri aras›nda bir de¤er alaca¤›n› düflünmüfltür. Ancak daha sonra yapaca¤› çal›flmalarda farkl› sonuçlar elde ederek canl›lardaki de¤iflim ve çeflitlili¤in, bir baflka deyiflle ebeveyn ve onlar›n dölleri aras›ndaki farkl›l›klar›n temelinde bugün ad›na gen denilen etkenlerin oldu¤unu göstermifltir. Mendel geneti¤ini aç›klamadan önce kal›t›mla ilgili baz› kavramlar› bilmek gerekmektedir. Bu kavramlar afla¤›daki gibidir.

KALITIMLA ‹LG‹L‹ TEMEL KAVRAMLAR

Ondülasyon: Bir k›lda görülen k›vr›m say›s›.

Çevre: Bireyin sahip oldu¤u fenotipi belirleyen genotip d›fl›ndaki hastal›klar, besleme, bak›m, iklim vb. gibi etkenler çevre etkileri olarak adland›r›lmaktad›r. Yavrunun anne karn›ndaki habitat› bile çevre olarak nitelendirilmektedir. Çevre genellikle niceleyici (say›sal/rakamsal) karakterler ile yak›ndan iliflkilidir. Çiftlik hayvanlar›nda beden rengi, boynuzluluk, t›rnak yap›s› gibi niteleyici karakterlerden bahsedildi¤inde çevrenin etkisi söz konusu de¤ildir (istisnai durumlar hariç). Fenotip: Bir canl›n›n genetik yap›s›na ba¤l› olarak çevrenin de etkisiyle ortaya ç›kan görüntüsüne fenotip ad› verilir. Fenotip çevre ve genotipin ortaklafla etkisiyle meydana getirdi¤i yap›d›r. “F” harfi ile sembolize edilmektedir. Bireyin görüntüsünde, çevrenin genotipin etkisini bask›lad›¤›na iliflkin birçok örnek vard›r. Örne¤in Himalaya cinsi tavflanlar hava s›cakl›¤› yüksek olan yerlerde yetifltirilirlerse, vücut örtüsü tamamen beyaz renkte olmaktad›r. Ancak s›cakl›¤› düflük olan yerlerde yetifltirildiklerinde kuyruk uçlar›nda ayaklar›nda ve burun uçlar›nda siyah pigmentlerin olufltu¤u bilinmektedir. Bu de¤iflikli¤in sebebi; bu lekelerin oluflmas›nda katk›s› olan bir enzimin yüksek s›cakl›kta inaktif durumda olmas›d›r. Sonuç olarak, oluflacak fenotip; genotip ve çevrenin ortak etkileflimi sonucunda elde edilmektedir. Di¤er aç›dan, daha önce bahsedildi¤i gibi, çevrenin etkisinin az oldu¤u veya genotipin fenotipi belirledi¤i; çevrenin etkisinin s›f›r oldu¤u durumlar da mevcuttur. Örne¤in; tavuklarda yumurta a¤›rl›¤›, koyun ve keçilerde yapa¤› s›kl›¤›, yapa¤› ondülasyonu, lüle uzunlu¤u ve s›¤›rlarda sütteki ya¤ yüzdesinin belirlenmesinde genotipin fenotipi belirleme oran› daha yüksek iken, boynuzluluk ve don rengi gibi özelliklerde çevre etkisi hiç görülmemektedir. Genotip: Bir canl›n›n fenotipinin meydana gelmesini sa¤layan genetik yap›ya genotip ad› verilmektedir. Canl›n›n sahip oldu¤u tüm genlerin toplam› o bireyin genotipini vermektedir. Gen: Canl›larda fonksiyonel olan enzim, protein, makro ve mikro moleküllerin yan› s›ra kal›tsal özelliklerinin kodlar›n› tafl›yan DNA parças›na gen ad› verilir.

3. Ünite - Mendel Kal›t›m›

Genler bireylerde farkl› özelliklerin oluflmas›n› ve bu özelliklerin yeni nesillere aktar›lmas›nda görev almaktad›rlar. Kromozom üzerine yerleflerek kodlad›klar› proteinin büyüklü¤üne göre farkl› uzunlukta olurlar. Genler canl› için gerekli moleküllerin sentezlenmesinden sorumlu olmas›n›n yan› s›ra, organizmada meydana gelen tüm biyokimyasal ve fizyolojik ifllemlerin denetiminden de sorumludur. Bir genin kromozom üzerinde yerleflti¤i yere lokus, birden fazla genin kromozom üzerinde bulundu¤u bölgeye ise loci ad› verilmektedir. Genler harfler ile ifade edilir. Büyük harf bask›n geni, küçük harf çekinik geni temsil eder. Allel gen: Canl›lar›n karakterlerini belirleyen/determine eden en az bir çift gen mevcuttur. Birisi anadan di¤eri babadan gelen ve homolog kromozomlar›n karfl›l›kl› lokuslar›nda bulunan genlere allel gen ad› verilmektedir. Dominant’l›k: Bask›nl›k, allel genlerden birinin di¤eri üzerindeki bask›nl›¤a denir. Allel genlerden bask›n olan›n meydana getirdi¤i karakter fenotipte gözlenir. Fenotipte kendini gösteren gene dominant (bask›n) gen denilmektedir. Resesif’lik: Çekinik, allel genlerin heterozigot oldu¤u durumlarda, etkisini fenotipte gösteremeyen gene resesif (çekinik) gen; bunun ortaya ç›kard›¤› özelli¤e de resesiflik (çekinik özellik) denir. Örnek verecek olursak, bezelyede yeflil rengin çekinik, sar› rengin ise bask›n oldu¤u söylenebilir. Özetle, F1 neslinde (ilk nesil) kendi özelliklerinin ortaya ç›kmas›na neden olan genler (dominant) bask›n genlerdir. Bask›n (dominant-D) genler, bireyin fenotipinde kendi varl›¤›n› her zaman gösterirler (DD veya Dd oldu¤u durumlarda). Bask›n genle birlikte bulundu¤u zaman kendi özelli¤ini gösteremeyen genlere ise (resesif) çekinik gen denilmektedir. Çekinik (resesif-d) genler ise bireyin fenotipinde kendi varl›¤›n› sadece homozigot (dd) oldu¤u zaman gösterebilmektedir. Homozigot: Bir karakteri kontrol eden iki allel gen birbirinin ayn›s› ise buna homozigot denir. Baflka bir deyiflle ayn› lokusta birbirine efl olan allel genlerin bir araya gelerek meydana getirdi¤i gamet toplulu¤una denir. Örne¤in; AA, dd, EE, ZZ, XX gibi. Heterozigot: Bir karakteri kontrol eden iki allel gen birbirinden farkl› ise buna heterozigot denir. Homolog kromozomlar›n karfl›l›kl› lokuslar›nda belirli bir karakter ya da bütün karakterler için ayn› olmayan allel çiftin bulumas› durumudur. Örne¤in; ‹i, Dd, Ee, XY, Gg, gibi. Karakter: Türler aras› ve tür içi bireylerin çeflitlili¤ine sebep olan özelliklerdir.

MENDEL’‹N ÇALIfiMALARI Mendel’in gerçeklefltirdi¤i deneylere geçmeden önce, araflt›rmalar›nda kulland›¤› bezelye bitkisinin özelliklerine de¤inmek gerekmektedir. Bezelye bitkisi oluflum itibariyle hermafrodittir. Dolay›s›yla yap› bak›m›ndan içerisine baflka çiçeklerin polenlerinin girmesi olanaks›zd›r. Bu bitkiler kendileflme yoluyla ve efleyli olarak ço¤almaktad›r. Erkeklik organ› olan anterler, çiçek henüz tomurcuk halinde iken olgunlafl›p çatlayarak bitkiyi (yumurtay›) döllemektedir. Bu özellik sayesinde, bitki henüz tomurcuk halinde iken aç›l›p erkeklik organ› (anter) uzaklaflt›r›larak kastrasyon ifllemi gerçeklefltirilebilir. Kastre edilen bitkiye z›t özellikte olan baflka bir bitkinin polenleri kullan›larak suni yoldan tozlaflt›r›labilir. Böylece kendileflme engellenmifl olur. Bu bitkide tohum kabu¤u rengi, çiçek rengi, tohum rengi, tohum flekli, tohum zarf› rengi, tohum zarf› flekli, çiçek konumu ve gövde yüksekli¤i gibi pek çok z›t karakter mevcuttur (Resim 3.2). Bu nedenle de o¤ul döllerin özellikleri birbirinden kolayca ayr›lmaktad›r, bu da Mendel’in kanunlar›n›n asl›nda istatisti-

39

Hermafrodit: Hem erkek hem de difli organ› üzerinde bulunduran canl› anlam›na gelmektedir. Kendileflme: Ayn› bitkinin erkek ve difli organlar› aras›nda meydana gelen tozlaflmaya kendileflme ad› verilmektedir. “Kendileflme” sonucu, ebeveyne çok büyük oranda benzeyen saf döller meydana gelmektedir. Kastrasyon: ‹stenmeyen tozlaflmay› engellemek amac›yla, baflç›klar›n veya erkek organlar›n; çiçek tozupolen saçacak duruma gelmeden önce yani olgunlu¤a eriflmeden önce çeflitli yöntemler kullan›larak kesilip uzaklaflt›r›lmas›d›r.

40

Temel Veteriner Genetik

kî kanunlar oldu¤u göz önüne al›narak elde edilen döllerin oranlar›n›n belirlenmesinde rol oynam›flt›r. Resim 3.2 Bezelyedeki z›t karakterler Kaynak: http://www.kalipedi a.com/ecologia/tem a/geneticadespues(mendel.ht ml(eriflim:19.03.20 11)

Tohum flekli

Tohum zarf› rengi

Yuvarlak Burufluk Yeflil

Sar›

Sar› Yeflil Çiçek konumu

Çiçek rengi

Aksival

Pembe Beyaz

Gövde yüksekli¤i

Tohum zarf› flekli fiiflkin Bo¤umlu

Terminal

Uzun

K›sa

Bu bilgiler ›fl›¤›nda Mendel, önce tek bir karakter aç›s›ndan farkl›l›k gösteren bezelye çeflitlerini çaprazlam›fl, daha sonra iki veya üç karakter aç›s›ndan farkl›l›k gösteren varyeteleri çaprazlayarak baz› kurallar ortaya koymufltur.

MONOH‹BR‹T B‹RLEfiT‹RMELER

Resim 3.3 Sar› ve yeflil tohumlu bezelyelerde melezleme çal›flmas›

Mendel’in yapm›fl oldu¤u ilk deneyler tek bir karakterin z›t iki formu ile ilgili olmufltur. Monohibrit birlefltirme (Monohibrit çaprazlama) ad› verilen bu deneylerden birinde erkek olarak seçti¤i sar› tohumlu bezelyelerle, difli olarak seçti¤i yeflil tohumlu bezelyeleri çaprazlamay› amaçlayarak; difli bitkilerin erkek organlar›n› tomurcuklanma aflamas›nda iken kastrasyon ifllemiyle ortamdan uzaklaflt›rm›flt›r. Böylelikle bitkinin kendileflmesine engel olmufltur. Ard›ndan erkek bitkilerin çiçeklerinden toplad›¤› olgun polenler ile difli bireyi suni olarak tozlaflt›rarak F1 bitkiler elde etmifltir. Bu ifllemler esnas›nda difli bireylerin rüzgâr ve böcekler gibi d›fl etkenler arac›l›¤›yla yabanc› polenler taraf›ndan tozlaflmas›n› engellemek için etraf› zarfla kapat›larak çevreden izole edilmifltir. Böyle bir olas›l›k, elde edilecek verileri etkileyerek sonucun de¤iflmesine neden olacakt›r. Yapm›fl oldu¤u melezleme çal›flmas› sonucunda resim 3.3’deki sonuçlar elde edilmifltir. Bu veriler do¤rultusunda homozigot difli ve erkek bezelyelerden; AA genotipli sar› tohumlu erkek ve aa genotipli yeErkek (sar›) Difli (yeflil) flil tohumlu difli çaprazland›¤›nda elde edilen yavrular›n tümünün Aa genotipli olduklar› görülmektedir. T›pk› insanlar G AA aa ve tüm canl›larda oldu¤u gibi birey döllenme aflamas›nda genin bir allenini anneden, di¤er allenini ise babadan almakF1 (sar›) tad›r. Dolay›s›yla yavruda oluflan genotip iki bireyin de genotipini tafl›maktad›r. AnAa cak F1’in fenotipinde ne görülece¤i hangi genin dominant hangi genin resesif

41

3. Ünite - Mendel Kal›t›m›

olufluna ba¤l›d›r. Tohum renginde; sar› rengi kodlayan genin (A), yeflil rengi kodlayan gen (a) üzerine bask›n oluflu yavru F1 fenotipinin (Aa) sar› görülmesine neden olmaktad›r. Mendel, yapt›¤› gözlemin erkek veya difli olarak seçti¤i bireylerin farkl›l›¤›ndan da kaynaklanm›fl olabilece¤i ihtimalini göz önünde tutarak bu sefer de kastrasyon ifllemini yeflil tohumlu bitkide yaparak, yeflil tohumlu bitkinin polenleri ile sar› tohumlu bitkiyi tozlaflt›rm›flt›r. fiafl›rt›c› olarak fenotipte tekrar ayn› sonuçlar› elde etmifltir. Elde edilen yavru neslin tamam› yine sar› renkli olmufltur. F1 döllerin hepsi ayn› ve yaln›z bir ebeveynin özelliklerini tafl›maktad›r. Bilim adam› yapt›¤› bu deneyle elde etti¤i sonuçlar› beklenenin d›fl›nda buldu¤undan bezelye bitkisinin di¤er z›t karakterleri aras›nda da ayn› yöntemi tekrarlayarak yeni veriler elde etmifltir. Resim 3.4 Pembe ve beyaz çiçekli bezelyelerde melezleme çal›flmas›

P

Pembe F1

Beyaz Tümü pembe

Mendel bir baflka deneyinde bu kez karakter olarak çiçek rengi üzerinde durmufltur. Bu çal›flma kapsam›nda beyaz çiçe¤in erkeklik organ›n› olgunlaflmas›na f›rsat vermeden keserek uzaklaflt›rm›flt›r (Resim 3.4). Pembe renkli (P) çiçe¤in anterinden elde etti¤i polenlerle beyaz (p) çiçekli bireyi dölleyerek F1 generesyonu elde etmifltir. Elde edilen heterozigot (Pp) yavrular›n fenotipte tümü pembe renk çiçekli gözlenmifltir. Ayn› ifllemi bu sefer pembe renkli çiçe¤in erkeklik organ›n› ç›kart›p, pembe çiçe¤i beyaz renkli çiçe¤in polenleriyle tozlaflt›rarak yapm›fl ve benzer sonucu elde etmifltir. Ayn› flekilde monohibrit birlefltirme (tek karakter yönünden) çal›flmalar›n› di¤er z›t karakterler üzerinde de gerçeklefltirmifltir. Yap›lan tüm monohibrit birlefltirmeler sonucu dominant karakter oldu¤u F1 melezlerinin fenotipleri afla¤›daki flekilde gözlenmifltir; • Tohum rengi : Tümü sar› tohumlu • Tohum flekli : Tümü yuvarlak • Çiçek rengi : Tümü pembe çiçekli • Tohum zarf› flekli : Tümü fliflkin • Tohum zarf› rengi : Tümü yeflil • Gövde yüksekli¤i : Tümü uzun gövdeli • Çiçek konumu : Tümü aksiyal konumlu

Kaynak: http://stu.inonu.edu .tr/~taltin/fas1.jpg &imgrefurl/mendeli n-yaptigicalismalar(eriflim:20.03.2011)

42

Temel Veteriner Genetik

Mendel elde etti¤i F1 neslini kendi aralar›nda çaprazlayarak F2 neslini elde etmifltir. Ortaya ç›kan F2 neslinde bu defa meydana gelen 4 yavru bitkiden 3 tanesinin homozigot genin determine etti¤i karakteri fenotipte gösterdi¤i, geriye kalan bir yavrunun ise resesif genin belirledi¤i özelli¤i fenotipine yans›tt›¤›n› gözlemlemifltir (3:1). Bu olay› bir örnekle aç›klamak gerekirse sar› ve yeflil tohumlu bezelye bitkisi ele al›nabilir. Yavru bezelyelerde meydana gelecek tohum rengi karakterini belirlemek için yap›lan deneyde bilindi¤i üzere, F1 neslinde dominant A geni etkisiyle, tüm bitkiler sar› tohumlu (Aa) olarak meydana gelmifltir. F1’deki heterozigot yap›l› sar› tohumlu bezelyeler kendi aralar›nda birlefltirildi¤inde ise oluflan yeni nesiller (F2) resim 3.5’teki gibi elde edilmifltir. Bu flemaya göre; F2 neslinde oluflan 4 yavru bitkiden 2 tanesi heterozigot yap›da olup sar› renk görünüfl a盤a ç›kmaktad›r. Di¤er bir yavru ise sahip oldu¤u 2 dominant allel gen sayesinde fenotipte tekrar sar› rengi vermektedir. Geriye kalan son yavru ise resesif allel genleri homozigot olarak tafl›d›¤› için yeflil renk fenotip vermektedir. Buradaki oran 3’e 1 fleklinde ifade edilmektedir. Resim 3.5 Sar› ve yeflil tohumlu bezelyelerde monohibrit çaprazlama sonucu elde edilen F2 nesli

Mendel’in Monohibrit Birleflmesi AA (sar›)

aa (yeflil)

Ebeveyn Generasyon

a

A

Aa (sar›)

Aa (sar›)

F1 Generasyon

A a

A a Gametler

A

a

F2 Generasyon A Aa

Aa

AA

aa

a

Resim 3.5’te de görüldü¤ü üzere F1 neslinden elde edilen gametlerin, F2 neslinde oluflturaca¤› özellikleri gösteren birleflimi daha kolay elde edebilmek için Cambridge Üniversitesi Genetikçileri’nden R.C.Punnet taraf›ndan ortaya konulan Pun-

43

3. Ünite - Mendel Kal›t›m›

net Karesi’nden yararlan›lmaktad›r. Bu metoda göre yatayda çizilen do¤runun üst k›sm›na babaya ait gametler, düfleyde çizilen çizgiye ise yukar›dan afla¤›ya do¤ru anneye ait gametler yaz›lmaktad›r. Gametlerin birbirleriyle oluflturdu¤u birleflimler, gametlerden çekilen çizgilerin kesiflti¤i noktaya girilmektedir. Bu yöntemle F2 neslinin genotipleri kar›flmadan tespit edilebilmektedir. Siyah beden rengine sahip Aberdeen Angus (MM) s›¤›r ›rk›yla, K›rm›z› SIRA beden S‹ZDE rengine sahip Angler (mm) s›¤›r ›rk›n›n monohibrit birlefltirilmesi sonucu elde edilen F2 neslindeki yavrular›n fenotipleri nas›l gözlenir? Bilgi veriniz.

1

D Ü fi Ü N E L ‹ M

Mendel yapt›¤› monohibrit birlefltirme çal›flmalar› ile afla¤›daki sonuçlar› elde etmifltir; S O R U a. Yap›lan melezlemeler sonucu ebeveynlerin sahip oldu¤u z›t karakterlerden sadece bir ebeveyne ait olan karakter (dominant olan) kendisini fenotipte D‹KKAT göstermifltir. Bu sonuçla Mendel, fenotipte ebeveynlerin ortas›nda bir de¤er beklemenin yanl›fl oldu¤u tespit etmifltir. Difli ve erkek ebeveynlerin pozisS‹ZDE yonlar› de¤iflse bile bu de¤iflikli¤in sonucu etkilemedi¤iSIRA görülmüfltür. b. Di¤er karakter (resesif olan) ise gizli kalmaktad›r. (E¤er yavrunun fenotipini sadece ebeveynlerin birinden gelen faktör belirlemifl olsayd›, F2 neslinde AMAÇLARIMIZ resesif gen tafl›yan ebeveynin özelli¤i fenotipe yans›mazd›.) Öyleyse her bir karakter için iki adet kal›t›m faktörünün oldu¤u ve meydana gelen fertlerin izotip fertler oldu¤u ortaya konulmufltur. K ‹ T A P F1 nesli kendi aras›nda melezlendi¤inde F2 neslinde birbirinden farkl› yani her iki ebeveynin de karakterleri fenotipte görülmektedir. Bu durum; gametler ayr›l›rken, hem anadan hem de babadan yavruya geçen ve nesillerTboyu birbirine kar›flELEV‹ZYON madan saklanabilen iki tane kal›t›m faktörünün etkisini ortaya koymaktad›r. Bu faktörler rastgele yavruya geçmektedir. Özetle ortaya ç›kan bir fenotip; biri anneden di¤eri babadan gelen iki kat›l›m ‹ N T E R NYavru ET faktörünün etkisiyle (dominant ya da resesif) meydana gelmektedir. (F1) genotipinde bu iki faktörü de tafl›makta ve kendi yavrular›na da (F2) tesadüfî olarak sadece birini geçirmektedir. ‹flte Mendel’in ortaya koydu¤u bu sonuç tarihe Mendel’in Birinci Yasas›-Ayr›flma (Segregasyon) ‹lkesi olarak geçmektedir. Bu kanuna göre; dominant gen etkilerinin fenotipte görülmesinin, resesif gen etkilerinin fenotipte görülme oran› her zaman 3:1 fleklindedir. Bu keflifle, iki karakter melezlendi¤inde yavru nesillere nas›l yans›d›¤›n› görmek merak uyand›rm›fl; yeni gözlem ve deneylerin önü aç›lm›flt›r. Bu do¤rultuda bezelyelerde z›t karakterler aras›nda dihibrit ve trihibrit birlefltirmeler yap›lm›flt›r.

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

N N

TEST B‹RLEfiT‹RMES‹ (GER‹YE MELEZLEME/KONTROL Ç‹FTLEfiMES‹) Birçok kaynakta kontrol çiftleflmesi, test çiftleflmesi, geriye çiftlefltirme olarak da geçen test birlefltirmesi; Mendel’in gerçeklefltirdi¤i deneylerin kontrolünü yapmak üzere bulunmufltur. Geriye melezlemenin prensibi; heterozigot genotipli F1 nesli bitki ya da bireyin, homozigot resesif ebeveynler ile birlefltirilmesi ilkesine dayanmaktad›r. Örne¤in; uzun sapl› bitkilerin genotipini T, k›sa sapl› bitkinin genotipini ise t ifade etsin. T geninin, t geni üzerinde dominant etkisi oldu¤u varsay›ld›¤›nda, ho-

SIRA S‹ZDE

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

‹zotip: Fenotipik K olarak ‹ T A P birbiriyle ayn› özellikleri tafl›yan, birbirine t›pat›p benzeyen fertlere izotip fertler denilmektedir. T E L Eda V ‹ ifade ZYON “Efltiplilik” olarak edilmektedir.

‹NTERNET

44

Temel Veteriner Genetik

mozigot resesif k›sa sapl› bir bireyin (tt), genotipi bilinmeyen bir bireyle (F1) birlefltirilmesi sonucu elde edilen yavrular›n tümü e¤er k›sa sapl› (tt) ise; genotipi bilinmeyen bireyin homozigot resesif oldu¤u görülebilmektedir. Mendel’in segregasyon ilkesine göre; yavruda belirecek olan fenotip, hem anneden hem de babadan gelecek olan bir çift gen kontrolünde oldu¤undan, oluflacak bireylerin tümünün k›sa olmas› hem anne hem de baba kuflaktan resesif genlerin geçti¤ini göstermektedir. E¤er oluflacak bireylerin fenotipleri, bir k›sm› anneye (uzun) bir k›sm› ise babaya (k›sa) ait özellikleri gösteriyorsa; genotipi bilinmeyen bireyin, heterozigot yap›da (Tt) oldu¤u söylenebilmektedir. Bu durumun da nedeni, az önce bahsedildi¤i üzere, Mendel’in birinci yasas› olan segregasyon ilkesinden kaynaklanmaktad›r. Bu ilkeye göre; yavru genotipi anne ve baba bireylerin kontrolünde oldu¤undan, ortaya ç›kan fenotipte iki karakterin de görülmesi, bilinmeyen genotipin heterozigot yap›l› oldu¤u sonucunu vermektedir. fiayet oluflacak yavrunun fenotipi sadece genotipi bilinmeyen kufla¤a (uzun-TT) benzerse; o zaman bilinmeyen genotipin homozigot dominant (TT) oldu¤u söylenebilir. Çünkü kontrol için kullan›lan bireyin genotipi resesif özellikte oldu¤undan, etkisini yavru fenotipinde göstermesi, yan›na gelecek resesif bir genle mümkündür. Fenotipte kendi özelli¤ini (k›sa-tt) gösterememesi, bilinmeyen genotipin homozigot ve dominant olmas›n›n sonucudur. Resim 3.6’da da tohum zarf› rengi temel al›narak flematize edilen farkl› bir test birlefltirmesi örne¤i görülmektedir. Resim 3.6 Sar› tohum zarfl› bezelye ile homozigot yeflil ve heterozigot yeflil tohum zarfl› bezelyelerin, test birlefltirmesi sonucu elde edilen F1 neslin fenotipik da¤›l›m› Kaynak: http://stu.inonu.edu .tr/~taltin/mend8.gi f&imgrefurl (eriflim:30.03.2011)

gg g G

Gg

g

g

Gg

GG g

g

G

Gg

Gg

G

Gg

Gg

Gg gg

gg

F1

F1

‹ki karakter yönünden yap›lan çaprazlamalar›n (dihibrit birlefltirmeler) do¤rulu¤unu kan›tlamak için test birlefltirmelerinden yararlan›lmaktad›r. Daha sonra anlat›lacak olan polihibrit birlefltirmelerinde de ayn› sistem uygulanarak genotipi bilinmeyen F1 bireyler, atasal nesildeki homozigot resesif bireylerle çaprazlanarak, bilinmeyen genotipin homozigot ya da heterozigot yap›da oldu¤u belirlenmektedir. Yap›lan birlefltirmede fenotipik da¤›l›m oran› 1:1:1:1 fleklinde ise; bireyin her iki karakter aç›s›ndan heterozigot oldu¤una karar verilir. Fakat da¤›l›m oran› 1:1 fleklinde ise bu, bilinmeyen genotipin bir karakter yönünden homozigot iken, di¤er karakter yönünden heterozigot oldu¤u anlam›na gelmektedir.

D‹H‹BR‹T B‹RLEfiT‹RMELER Farkl› ebeveynlerin, iki karakter aç›s›ndan birlefltirilmesine dihibrit birlefltirme, meydana gelen olaya ise dihibridimus ad› verilmektedir.

45

3. Ünite - Mendel Kal›t›m›

Dihibrit birlefltirme, Mendel’in, bezelyelerde tohum rengi ve tohum flekli karakterleri aras›nda yapt›¤› deneyle aç›klanabilir. Homozigot yap›daki düz ve sar› tohumlu bir bezelye (AABB) ile yine homozigot yap›da burufluk ve yeflil bezelye (AaBb) çaprazlanm›flt›r. Burada; A geni: Sar› tohum rengini a geni: Yeflil tohum rengini B geni: Yuvarlak tohum fleklini b geni: Burufluk tohum fleklini ifade etmektedir. P (Aile) Resim 3.7’de görüldü¤ü üzere hoaabb AABB mozigot yap›daki sar› ve düz tohumlu bezelye (AABB) ile yeflil ve burufluk tohumlu (aabb) bezelye bitkisi çapB a b Gamet A razland›¤›nda; F1’de AaBb genotipli bireyler elde edilmifltir. Elde edilen bezelye tohumlar› sar›-düz görünüfle sahiptir. F1’ler kendi aralar›nda çaprazland›¤›nda ise oluflan F2’ler Resim AaBb F1 3.8’de görülmektedir.

Resim 3.7 Sar› ve düz bezelye tohumu ile yeflil ve burufluk bezelye tohumundan elde edilen F1 melezler

Resim 3.8

F1

Gametler AaBb AB

Ab

AaBb aB

ab

AaBB

AaBb

Kaynak: http://biologia-4sergio.blogspot.com/ 2007/10/estudio-deloscromosomas.html (eriflim:22.03.2011)

AB AABB

AABb

AABb

AAbb

Ab AaBb

Aabb

aaBB

aaBb

F2

aB AaBB

AaBb

ab AaBb

Aabb

aaBb

aabb F2 Fenotip

9/16AB

3/16Ab

3/16aB

1/16ab

Sar›-yuvarlak tohumlu F1 bezelyelerin dihibrit çaprazlanmas› sonucu elde edilen F2 jenerasyonu

F2 Genotip

46

Temel Veteriner Genetik

Yap›lan dihibrit birlefltirmeye göre; 9 farkl› genotip (AABB, AABb, AaBB, AaBb, AAbb, Aabb, aaBB, aaBb, aabb), 4 farkl› fenotip (sar›-yuvarlak tohumlu, sar›-burufluk tohumlu, yeflil-yuvarlak tohumlu, yeflil-burufluk tohumlu) ve 16 tane F2 bireyi elde edilmektedir. Dihibrid birlefltirme metoduna göre da¤›l›m oran› 9:3:3:1 fleklinde bulunmaktad›r. Resimler (3.7 ve 3.8) ve oranlar irdelendi¤inde, baz› bireylerin parental kufla¤a benzedi¤i gözlenmektedir. Yani kimi bireyler sar›-yuvarlak, kimileri ise yeflil-burufluk fenotiptedir. Ancak F2’ye bak›ld›¤›nda ise sar›-burufluk veya yeflil-düz gibi, fenotipik olarak ebeveyn kufla¤›na benzemeyen bireyler a盤a ç›km›flt›r. Yani ayr› özelliklere sahip gen çiftleri ba¤›ms›z davranmaktad›r. ‹ki özellik birbirinin kal›t›m›na etki etmemektedir. ‹ki farkl› karakteri oluflturan allel genler yeni birleflimler yaparak, birbirlerini etkilemeden ba¤›ms›z davranarak yeni kuflaklara geçmektedir. Mendel’in keflfetti¤i bu sonuçlar da tarihe Mendel’in ‹kinci Yasas›; Ba¤›ms›z Düzenlenme ‹lkesi, Ba¤›ms›z Tertiplenme, Ba¤›ms›z Da¤›l›m olarak geçmektedir.

TR‹H‹BR‹T/POL‹H‹BR‹T B‹RLEfiT‹RMELER Farkl› iki canl› aras›nda, üç karakter aç›s›ndan yap›lan birlefltirmeler; trihibrit birlefltirmeler (trihibrit çaprazlama) fleklinde adland›r›lmaktad›r. ‹kiden fazla karakter için yap›lan birlefltirmelere ise polihibrit bilefltirmeler (polihibrit çaprazlama) olarak tan›mland›¤›ndan trihibrit birlefltirmelere ayn› zamanda polihibrit birlefltirmeler de denilmektedir. Trihibrit birlefltirmeyi yine Mendel’in bezelyelerde yapm›fl oldu¤u bir melezleme ile aç›klamak mümkündür. Bu çaprazlama için homozigot yap›l›; pembe çiçekli (PP), çiçe¤i aksiyal konumlu (AA) ve k›sa gövdeli (uu) bir bezelye türü ile beyaz çiçekli (pp), çiçe¤i terminal konumlu (aa) ve uzun gövdeli (UU) bezelye türünü ele ald›¤›m›zda; P: Pembe rengi, p: Beyaz rengi U: Uzun gövdeyi, u: K›sa gövdeyi, A: Aksiyal konumu, a: Terminal konumu ifade etmektedir. Daha önceden de bahsedildi¤i gibi, burada pembe renk, uzun gövde ve çiçeklerde aksiyal konum dominant karakterlerdir, ebeveyn gametleri PuA ve pUa fleklindedir. Yap›lan trihibrit çaprazlama sonucu; • F1’de elde edilen yavru kufla¤›n tümü pembe renkli, uzun gövdeli ve aksiyal çiçek konumludur (PpUuAa). • F1 melezleri kendi aralar›nda çaprazland›klar›nda sekiz adet gamet elde edilmektedir. Bunlar: PUA, PUa, PuA, Pua, pUA, pUa, puA, pua fleklindedir. Polihibrit çaprazlamalarda F1’de oluflacak gamet say›s› 2n fleklinde bulunmaktad›r. Buradaki n, çaprazlamaya giren gen say›s›n› ifade etmektedir. Yukar›daki örnekte de; 3 tane gen oldu¤undan 23’ten 8 tane gamet elde edilmifltir. • Punnet karesinden yararlan›larak gametler birbiriyle kombine edildi¤inde F2 kufla¤›nda 64 adet yeni birleflim bulunmaktad›r. F2 kufla¤›nda meydana gelen yavru say›s› (yeni birleflim say›s›) da 2n x 2n formülü yard›m›yla bulunabilmektedir. Bu formüle göre örnekteki 3 gen için; 23 x 23 = 64 yeni birleflim sonucunu verir. • F2 kufla¤›nda fenotipik da¤›l›m oran› ise her zaman ayn› olmak kayd›yla; 27:9:9:9:3:3:3:1 fleklindedir. Bu da¤›l›ma göre;

SIRA S‹ZDE

SIRA S‹ZDE

47

3. Ünite - Mendel Kal›t›m›

ÜNEL‹M D Ü fiçiçek 27 adet yavru: Pembe çiçekli, uzun gövdeli ve aksiyal konumlu, 9 adet yavru: Pembe çiçekli, uzun gövdeli ve terminal çiçek konumlu, 9 adet yavru: Pembe çiçekli, k›sa gövdeli ve aksiyal çiçek S O R konumlu, U 9 adet yavru: Beyaz çiçekli, uzun gövdeli ve aksiyal çiçek konumlu, 3 adet yavru: Pembe çiçekli, k›sa gövdeli ve terminal çiçek konumlu, D‹KKAT 3 adet yavru: Beyaz çiçekli, uzun gövdeli ve terminal çiçek konumlu, 3 adet yavru: Beyaz çiçekli, k›sa gövdeli ve aksiyal çiçek konumlu, S‹ZDE 1 adet yavru: Beyaz çiçekli, k›sa gövdeli ve terminalSIRA çiçek konumlu fenotipe sahiptir. • F2 neslinde genotip say›s›; 27 tanedir. Bu say› 3n formülüyle de hesaplanaAMAÇLARIMIZ bilmektedir. Bu örnekteki gen say›s› olan 3’ü formüle yerlefltirdi¤inde 33’ten 27 adet genotip elde edildi¤i sonucuna var›labilmektedir. • F2’de oluflan fenotip say›s› da 2n formülüyle belirlenebilmektedir. Fenotipik K ‹ T A P da¤›l›m oran›nda gösterildi¤i gibi de¤iflik yavru say›lar›nda 8 farkl› fenotip SIRA S‹ZDE ortaya ç›kmaktad›r.

• • • • • • • •

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

N N

SIRA S‹ZDE

2

D‹ NÜS TfiOEÜulaflabilirsiniz. RNR NEULE‹TM http://tr.wikipedia.org/wiki adresinden konu ile ilgili bilgi ve resimlere

Genetik. Mustafa Kuru, S. Ergene Gözükara, S.E. 2001. Palme Yay›nc›l›k. SD ‹OK RK AU T D ‹ KS‹ZDE KAT SIRA

SIRA S‹ZDE AMAÇLARIMIZ AMAÇLARIMIZ K ‹ T A P

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

4 farkl› karakter yönünden birlefltirme yap›lan iki bireyin; F2 neslinde meydana SIRA S‹ZDE getireceD Ü fi Ü N E L ‹ M ¤i birleflim-yavru say›s› ile F2’de kaç farkl› fenotip oluflturaca¤›n› hesaplayal›m.

SIRA S‹ZDE

TELEV‹ZYON SIRA S‹ZDE D Ü fi Ü N E L ‹ M D‹ NÜSfiT OÜE NRRENULE‹ TM DS ‹OK RK AUT

N N N N

D ‹ K S‹ZDE KAT SIRA

SIRA S‹ZDE AMAÇLARIMIZ AMAÇLARIMIZ K ‹ T A P

K ‹ T A P TELEV‹ZYON

K ‹ T A P TELEV‹ZYON

TELEV‹ZYON

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

‹NTERNET

‹NTERNET

‹NTERNET

48

Temel Veteriner Genetik

Özet

N A M A Ç

1

N AM A Ç

2

Mendel’in hayat›n› ana hatlar›yla tan›mak. Gregor (Johann) Mendel, Temmuz 1822 Silezya eyaletindeki Heinzendorf’da dünyaya gelmifltir. Ailesinin maddi zorluklar içerisinde okuttu¤u Gymnasium’dan 1840 y›l›nda mezun olan genç bilim adam›; 1841 y›l›nda Olomouc’taki Felsefe Enstitüsüne yaz›ld›. 1843’te ise Bruno’daki Aziz Thomas manast›r›na yapt›¤› baflvuru baflvuru kabul edilerek rahip olma yolunda ad›m att›. “Gregor” ismini ald›¤› rahipli¤i s›ras›nda bofl vakitlerinde bahçe iflleriyle u¤raflmaya bafllayan Mendel, botanik konusunda okudu¤u kitaplar ve Bruno Felsefe Enstitüsü’nden ald›¤› derslerle kendisini ziraat konusunda e¤itti. Ayr›ca ö¤retmenlik için Zynojmo köyündeki bir okulda görevlendirilen Mendel; ö¤retmenlik mesle¤ini de çok sevmifltir. 1851-1853 y›llar› aras›nda Viyana Üniversitesi’ne fizik ve botanik çal›flmak üzere gönderildi. 1856 y›l›nda yapmaya bafllad›¤›, bezelyeler üzerindeki birlefltirme çal›flmalar›n›, 1865 y›l›nda ilk kez bilimsel bir kongrede sunmufltur. Sundu¤u bilgileri 1866’da “Bitki melezleri ile çal›flmalar” bafll›kl› bir makalede yay›nlayarak o günden geneti¤in temellerini atan bilim adam›, 1884 y›l›nda hayata gözlerini kapam›flt›r.

ler, meydana gelen yavru kuflakta oluflacak olan özelliklerin birbirinden ayr›lmas› ve matematiksel oranlara dayand›r›lmas›nda kolayl›k sa¤lamaktad›r. Bezelye bitkisinine ait tüm bu özellikler, Mendel’in çal›flmalar›nda tercih sebebi olmas›n›n nedenleri aras›nda yer almaktad›r.

N A M A Ç

3

N AM A Ç

Bezelye bitkisinin özelliklerini ve Mendel’in deneylerinde bezelye bitkisini kullanmas›n›n avantajlar›n› aç›klamak. Bezelye bitkisi oluflum itibariyle hermafrodittir. Hermafrodit yap›s›ndan dolay› içerisine baflka çiçeklerin polenlerinin girmesi olanaks›zd›r. Bu bitkiler kendileflme yoluyla ve efleyli olarak ço¤almaktad›r. Erkeklik organ› olan anterler, çiçek henüz tomurcuk halinde iken olgulafl›p çatlayarak bitkiyi (yumurtay›) döllemektedir. Bu özellik sayesinde, bitki henüz tomurcuk halinde iken aç›l›p erkeklik organ› (anter) uzaklaflt›r›larak kastrasyon ifllemi gerçeklefltirilebilir. Kastre edilen bitkiye z›t özellikte olan baflka bir bitkinin polenleri kullan›larak suni yoldan tozlaflt›r›labilir. Böylece kendileflme engellenmifl olur. Bu bitkide tohum kabu¤u rengi, çiçek rengi, tohum rengi, tohum flekli, tohum zarf› rengi, tohum zarf› flekli, çiçek konumu ve gövde yüksekli¤i gibi pek çok z›t karakter mevcuttur. Bu z›t karakter-

4

Monohibrit birlefltirme yöntemini ve yap›lan birlefltirme neticesinde elde edilen sonuçlar›n› de¤erlendirmek. Monohibridismus tek karakter için yap›lan çaprazlamaya verilen isimdir. Parental nesil aras›nda yap›lan birlefltirme sonucu ortaya ç›kan kufla¤a F1 denilmektedir ve F1’deki gamet say›s› 2 adettir. F1 melezlerinin kendi aralar›nda yapt›klar› birlefltirmeler sonucu elde edilen nesile F2 ad› verilmektedir ve F2’de 4 adet yeni birleflim oluflmaktad›r. Bunlardan üç tanesi dominant genin etki etti¤i fenotipi gösterirken, geriye kalan biri resesif genin kodlad›¤› özelli¤i fenotipte göstermektedir. F2’de elde edilen 3 adet genotipten az önce bahsedildi¤i gibi biri anne di¤eri ise babaya benzemek üzere 2 farkl› fenotip elde edilmektedir. Mendel’in birinci yasas› olan segregasyon ilkesini aç›klamak. Parental nesil aras›nda yap›lan monohibrit birlefltirmeler sonucu oluflan F1 nesli kendi aras›nda melezlendi¤inde; F2 neslinde birbirinden farkl› özellikler, yani her iki ebeveynin de karakterleri fenotipte görülmektedir. Bu durum; gametler ayr›l›rken, hem anadan hem de babadan yavruya geçen ve nesiller boyu birbirine kar›flmadan saklanabilen iki tane kal›t›m faktörünün etkisiyle olmaktad›r. Bu faktörler rastgele seçilerek yavruya geçmektedir. K›saca; bir ortaya ç›kan fenotip, biri anneden di¤eri babadan gelen iki kat›l›m faktörünün etkisiyle (dominant ya da resesif) meydana gelmektedir. Yavru (F1) genotipinde bu iki faktörü de tafl›makta ve kendi yavrular›na da (F2) tesadüfî olarak sadece birini geçirmektedir. Mendel’in yapt›¤› deneyler sonucunda bu ç›kar›m tarihe, Mendel’in Birinci Yasas›-Ayr›flma (Segregasyon) ‹lkesi olarak geçmifltir. Bu kanuna göre de; dominant gen etkilerinin fenotipte görülme-

3. Ünite - Mendel Kal›t›m›

d›r. Bu birleflimlerde; dihibrid birlefltirme metoduna göre da¤›l›m oran› 9:3:3:1 fleklinde bulunmaktad›r. Yani F2’de bir grupta 9, di¤er ikisinde 3 ve sonuncusunda 1 birey olmak üzere 4 farkl› fenotip oluflmaktad›r. Oluflan fenotiplerden ikisi ebeveyn neslinin karakterlerini gösterirken, di¤er iki fenotip oluflmaktad›r.

sinin, resesif gen etkilerinin fenotipte görülme oran› her zaman 3:1 fleklindedir.

N A M A Ç

5

N A M A Ç

6

Yap›lan deneylerin do¤rulu¤unu saptamak için Mendel taraf›ndan bulunan test birlefltirmelerini saptamak. Mendel’in gerçeklefltirdi¤i deneylerin kontrolünü yapmak üzere bulunmufltur. Yap›lan geriye melezlemenin prensibi; heterozigot genotipli F1 nesli bitki ya da bireyin, homozigot resesif ebeveynler ile birlefltirilmesi ilkesine dayanmaktad›r. Böylelikle; meydana gelen kuflakta tüm bireyler homozigot resesif ebeveynin özelliklerini tafl›yorsa, bilinmeyen genotipin homozigot resesif oldu¤u sonucuna var›lmaktad›r. fiayet oluflacak bireylerin fenotipleri, bir k›sm› anneye, bir k›sm› ise babaya ait özellikleri gösteriyorsa; genotipi bilinmeyen bireyin, heterozigot yap›da oldu¤u söylenebilmektedir. Di¤er bir durumda ise; yavrunun fenotipi sadece genotipi bilinmeyen kufla¤a benzerse; bilinmeyenin homozigot dominant oldu¤u söylenebilmektedir. Çünkü kontrol için kullan›lan bireyin genotipi resesif özellikte oldu¤undan, etkisini yavru fenotipinde göstermesi, yan›na gelecek resesif bir genle mümkündür. ‹ki veya daha fazla karakter için yap›lan test birlefltirmelerinin de prensibi ayn› temellere dayanmaktad›r ve ayn› metodla bulunmaktad›r. Genotipi bilinmeyen F1 bireyler, atasal kuflaktaki homozigot resesif bireylerle çaprazlanarak, bilinmeyen genotipin homozigot ya da heterozigot yap›da oldu¤u belirlenmektedir. Yap›lan birlefltirmede fenotipik da¤›l›m oran› 1:1:1:1 fleklinde ise; bireyin her iki karakter aç›s›ndan heterozigot oldu¤una karar verilir. Fakat da¤›l›m oran› 1:1 fleklinde ise bu, bilinmeyen genotipin bir karakter yönünden homozigot iken, di¤er karakter yönünden heterozigot oldu¤u anlam›na gelmektedir. Dihibrit birlefltirme yöntemini ve yap›lan birlefltirme neticesinde elde edilen sonuçlar›n› de¤erlendirmek. Farkl› ebeveynlerin, iki karakter aç›s›ndan birlefltirilmesine dihibrit birlefltirme, meydana gelen olaya ise dihibridimus ad› verilmektedir. Yap›lan çaprazlama sonucu F1’deki gamet say›s› 4 adettir. F1 melezlerinin kendi aralar›nda yapt›klar› birlefltirmeler sonucu elde edilen F2 kufla¤›nda 16 adet yeni birleflim yani yeni birey oluflmakta-

49

N AM A Ç

7

N AM A Ç

8

Mendel’in ikinci yasas› olan Ba¤›ms›z Da¤›l›m/Ba¤›ms›z tertiplenme’yi aç›klamak. Yap›lan dihibrit birlefltirmelerde elde edilen F2 neslindeki baz› bireylerin, parental nesle benzedi¤i gözlenmektedir. Ancak fenotipik olarak ebeveyn kufla¤›na benzemeyen bireylerin de a盤a ç›kt›¤› görülmüfltür. Yani ayr› özelliklere sahip gen çiftleri ba¤›ms›z davranmaktad›r. ‹ki özellik birbirinin kal›t›m›na etki etmemektedir. ‹ki farkl› karakteri oluflturan allel genler yeni birleflimler yaparak, birbirlerini etkilemeden ba¤›ms›z davranarak yeni kuflaklara geçmektedir. Mendel’in keflfetti¤i bu sonuçlar da tarihe Mendel’in ‹kinci Yasas›-Ba¤›ms›z Düzenlenme ‹lkesi-Ba¤›ms›z Tertiplenme-Ba¤›ms›z Da¤›l›m olarak geçmektedir. Trihibrit/Polihibrit birlefltirme yöntemini ve yap›lan birlefltirme neticesinde elde edilen sonuçlar›n› aç›klamak. Farkl› iki canl› aras›nda, üç karakter aç›s›ndan yap›lan birlefltirmeler; trihibrit birlefltirmeler fleklinde adland›r›lmaktad›r. F1’de elde edilen yavru kufla¤›n tümü parental bireylerdeki dominant karakterlerin özelliklerini tafl›maktad›r. F1’de oluflacak gamet say›s› 2n fleklinde bulunmaktad›r. F1 kufla¤›ndaki gametler birbiriyle çaprazland›¤›nda F2 kufla¤›nda meydana gelen yavru say›s›/ yeni birleflim say›s› da 2n x 2n formülüyle elde edilmektedir. F2 kufla¤›nda fenotipik da¤›l›m oran› ise her zaman ayn› olmak kayd›yla; 27:9:9:9:3:3: 3:1 fleklindedir. F2 kufla¤›nda oluflacak genotip say›s› 3n formülüyle, fenotip say›s› ise 2n formülüyle belirlenebilmektedir.

50

Temel Veteriner Genetik

Kendimizi S›nayal›m 1. Siyah renkli boynuzsuz Aberden Angus (BBPP) ile k›rm›z› renkli Angler (bbpp) ›rk› s›¤›rlar birlefltiriliyor. Elde edilen F1 neslindeki bireylerin genotipleri afla¤›dakilerden hangisidir? (B: Siyah ve dominant, b: K›rm›z›, P: Boynuzsuz ve dominant, p: boynuzlu.) a. Siyah ve boynuzlu b. Siyah ve boynuzsuz c. K›rm›z› ve boynuzlu d. K›rm›z› ve boynuzsuz e. K›z›l ve boynuzsuz 2. “Mendel’in kal›t›m birimlerini temsil eden birim faktörleri, genetikte ................ olarak isimlendirilir ve bunun alternatif formalar›na ................ denir.” Cümlesindeki boflluklara gelecek sözcükler s›ras›yla afla¤›dakilerin hangisinde verilmifltir? a. kromozom-allel b. gen-allel c. gen-lokus d. karakter-interaksiyon e. gen-homolog 3. Fenotip ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi do¤rudur? a. Genotip ve çevre taraf›ndan belirlenir. b. Kuflaktan kufla¤a aktar›lan özelliklerdendir. c. Bireyler aras›ndaki farkl›l›¤›n temel nedenidir. d. Kalitatif özelliklerde genotip ve çevrenin etkisi ile belirlenirler. e. Genotipten etkilenmeden ba¤›ms›z olarak oluflmaktad›r. 4. Tek karakter yönünden yap›lan birlefltirmelere ne ad verilir? a. Dihibrit birlefltirmeler b. Trihibrit birlefltirmeler c. Monohibrit birlefltirmeler d. Polihibrit birlefltirmeler e. Monokromit birlefltirmeler 5. Afla¤›daki genotiplerin hangisi homozigottur? a. AAbbccDD b. AaBbCcDd c. AABbccDd d. AabbccDd e. AABBccDd

6. Tohum zarf› homozigot (DD) düz, homozigot bo¤umlu (dd) bezelyelerin birlefltirilmesi ile elde edilen F1 ve F2 nesilleri ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi yanl›flt›r? a. F1 kufla¤›nda elde edilen bütün bireyler düz flekillidir. b. F2 kufla¤›nda üç düz tohum zarfl›, bir bo¤umlu tohum zarfl› bezelye elde edilir. c. F2 kufla¤›nda iki fenotip elde edilir. d. F2 kufla¤›nda 6 adet birey vard›r. e. F1 kufla¤›nda üç genotip elde edilir. 7. E¤er genler söz konusu olursa bugünkü bilgiler do¤rultusunda; Mendel’in ba¤›ms›z tertiplenme kural› için afla¤›dakilerden hangisi do¤rudur? a. Ayn› kromozom üzerinde bulunurlar. b. Yavru kufla¤a geçiflleri birbirleriyle ba¤lant›l› de¤ildir. c. Her biri 50 cM (santimorgan) birbirinden uzakt›r. d. Do¤al seleksiyon için söz konusu de¤ildir. e. Biri anneden di¤eri babadan olmak kofluluyla, çift olarak yavruya geçerler. 8. Genotip ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi yanl›flt›r? a. Kuflaktan kufla¤a aktar›l›r. b. Bireyler aras›nda varyasyon gösterirler. c. Bireyin kök ald›¤› zigotta vard›r. d. Çevre taraf›ndan etkilenir. e. Canl›n›n sahip oldu¤u genlerin toplam› o canl›n›n genotipini vermektedir. 9. Geriye melezlemede; genotipi bilinmeyen yavru homozigot resesif genotipe sahip ebeveynle birlefltiriliyor. Ortaya ç›kan yavrulardan bir k›sm› genotipi bilinmeyen bireye bir k›sm› da homozigot resesif genotipe sahip bireye benziyorsa genotipi bilinmeyen bireyin genotipi için afla¤›dakilerden hangisi söylenebilir? (‹ntermedierlik yoktur.) a. Homozigot resesiftir. b. Homozigot dominantt›r. c. Heterozigottur. d. Hiçbir fley söylenemez. e. Hepsi olabilir. 10. Siyah renkli, ayaklar› tüylü bir tavuk ›rk› ile beyaz renkli, ayaklar› tüysüz bir tavuk ›rk›n›n erkek ve diflileri birlefltiriliyor. F2’de meydana gelen yavrulardan kaç› beyaz renkli ve ayaklar› tüylüdür? (S:Siyah, s:Beyaz; T:Ayaklar› tüylü, t:Ayaklar› tüysüz .) a. 4 b. 6 c. 8 d. 3 e. 1

3. Ünite - Mendel Kal›t›m›

51

Okuma Parças› Mendel’den Önce Kal›t›m Kal›t›m›n gizemi Mendel’in çal›flmalar›ndan yüzy›llar önce de bilginleri meflgul etmifl ve neden bir kimse annesine benzerken, di¤erinin babas›na, bir baflkas›n›n da büyükannesine benzedi¤ini aç›klamak için bir dizi kuram ortaya at›lm›flt›r. ‹lk kuramlardan biri M.Ö. 5. yüzy›lda, t›p biliminin kurucusu olarak kabul edilen Yunanl› Hippokrates taraf›ndan öne sürülmüfltür. Pangenezis (tümolufl) olarak adland›r›lan bu kurama göre, vücudun her bölümünden küçük parçac›klar anne ve baban›n üreme maddelerine kar›fl›yor, bunlardan da yeni birey olufluyordu. Böylece o birey hem annenin hem de baban›n özelliklerini sergiliyordu. Bir yüzy›l sonra Aristoteles de¤iflik bir kuram ortaya atm›fl ve baban›n ersuyunun yeni organizman›n bütün parçalar›n› içerdi¤ini, bunun annenin adet s›v›s› üzerinde etki yaparak yeni bireyi flekillendirdi¤ini öne sürmüfltü. Annenin de kal›t›mda temel bir rol oynad›¤›n› ilk söyleyen Aristoteles’ti. M.S. 3. yüzy›lda Aziz Augustine, Tanr›’n›n maddeyi, kendini ço¤altmas› için belli güçlerle donatt›¤›n› öne sürmüfltü. Bu düflünce bitkilerin ve hayvanlar›n oluflumunda do¤al etkenlerin varl›¤› olas›l›¤›n› dikkate alm›yordu. Bundan sonra 17. yüzy›la kadar yeni bir kuram ortaya ç›kmad›. Bu tarihte Hollanda’da, yeni gelifltirilmifl bulunan mikroskopla çal›flmalar yapan Antoni van Leeuwenhoek, bir kad›n›n rahminde oluflumunu tamamlam›fl minik bir embriyon gördü¤ünü, bunun spermayla temas etmesi halinde yeni bir bireye dönüfltü¤ünü öne sürmüfltü. Bu gözlem önceden oluflum kuram›n›n (preformasyon) temeli oldu. Bunu izleyen yüzy›lda ise Frans›z bilim adam› RenéAntoine de Réaumur, hem annenin hem baban›n üreme maddelerinde organik moleküller bulundu¤u, bunlar bir araya geldi¤inde de özel bir gücün etkimesiyle yeni bireyin olufltu¤u görüflünü ortaya att›. Epigenez (s›ral›olufl) olarak adland›r›lan bu kuram sonraki y›llarda baz› bilim adamlar› taraf›ndan çeflitli flekillerde gelifltirildi. Birçok bilim adam› evrenin bafllang›c›nda yarat›lan organizmalar›n daha sonraki kuflaklarda kendilerini sonsuz biçimde yenilediklerini düflünüyordu. Ancak 18. yüzy›lda fosil buluntular›n›n incelenmesi, art›k var olmayan bitki ve hayvanlar›n yaflam›fl oldu¤unu ortaya ç›kar›nca bu kuram terk edildi. 18. yüzy›lda melez bitkiler yetifltirilmesi üzerinde çal›flmalar yapan bilim adamlar›n›n, örne¤in J.G. Kölreu-

ter’in araflt›rmalar› yeni bireylerin nas›l yarat›ld›¤› sorusunu yeniden gündeme getirdi. Kölreuter, hem annenin hem de baban›n üreme maddelerinin bu konuda etkili oldu¤unu belirterek Aristoteles’in kuram›na geri döndü. Hala desteklenen önceden oluflumculu¤a karfl› ç›karak epigenezis kuram›n›n savunucusu oldu. ‹ki kuram›n savunucular› aras›ndaki tart›flma onlarca y›l sürdü ve tart›flma evrimle ilgili konular› da kapsad›. 18. yüzy›lda yaflayan büyük Frans›z biyolog George Buffon çevrenin kal›t›m üzerindeki etkisini vurgulad›. Bu fikir Jean-Baptiste de Lamarck taraf›ndan ele al›narak gelifltirildi. Charles Darwin’in evrim kuram› da yavrular›n birçok farkl› özelli¤e sahip olabilece¤ini, bunlardan hangisinin gelecek kufla¤a geçirilerek yeni türün temelini oluflturaca¤›n› ise do¤al seçilimin belirleyece¤ini ortaya koydu. Ancak ne Darwin ne de kal›t›mla ilgilenen öteki bilim adamlar›, özelliklerin bir kuflaktan di¤erine nas›l geçti¤ini aç›klayabiliyordu. Bu yüzden, Mendel bitki çaprazlama çal›flmalar›na bafllad›¤›nda biyolojinin belki de en eski sorusuna cevap ar›yordu. Kaynak: Edelson, E (2006). Gregor Mendel-Geneti¤in Temelleri, Tübitak Popüler Bilim Kitaplar›, 5. Bas›m, Ankara.

52

Temel Veteriner Genetik

Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar›

Yararlan›lan Kaynaklar

1. b

Alt›nel, A.,Da¤l›o¤lu, S (1993). Genetik (Ders Notlar›), ‹stanbul. Baflaran, N. (1999). T›bbi Genetik Ders Kitab›, Bursa: Nobel t›p Kitapevi. Baydar, H. (2002). Genetik, Isparta: Süleyman Demirel Üniversitesi Yay›nlar›. Edelson, E. (2006). Gregor Mendel-Geneti¤in Temelleri, 5. Bas›m, Ankara: Tübitak Popüler Bilim Kitaplar›. Ekingen, H.R. (1994). Genetik, Bursa:Uluda¤ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Ders Notlar›,. Kuru, M., Gözükara, S.E. (2001). Genetik, Ankara: Palme Yay›nc›l›k. Odabaflo¤lu, F. (2005). Veteriner Genetik, Konya: Kiflisel yay. Kitapevi. fiayl›, B.S. (1981). Genetik ‹lkeler, Ankara: HacettepeTafl Kitapç›l›k. Weiling, F. (1991). Historical study: Johann Gregor Mendel 1822-1884, American Journal of Medical Genetics 40 (1): 1-25.

2. b 3. a 4. c 5. a 6. e 7. b 8. d 9. c

10. d

Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Dihibrit Birlefltirmeler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Kal›t›mla ‹lgili Temel Kavramlar” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Kal›t›mla ‹lgili Temel Kavramlar” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Monohibrit Birlefltirmeler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Kal›t›mla ‹lgili Temel Kavramlar” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Monohibrit Birlefltirmeler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Dihibrit Birlefltirmeler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Kal›t›mla ‹lgili Temel Kavramlar” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Test Birlefltirmesi (Geriye melezleme/Kontrol Çiftleflmesi)” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Dihibrit Birlefltirmeler” konusunu yeniden gözden geçiriniz.

S›ra Sizde Yan›t Anahtar› S›ra Sizde 1 Örnekte verilen, homozigot dominant (MM) genotipe sahip Angus’la homozigot resesif (mm) genotipe sahip Angler ›rklar›n›n çaprazlanmas› sonucu; F1 neslinde elde edilen tüm bireyler heterozigot (Mm) yap›l› ve siyah renkte gözlenir. F1 kufla¤› (Mm) ise bu defa kendi aralar›nda birlefltirildi¤inde; elde edilen yavru kuflaktan biri homozigot resesif genotipe sahip olarak, fenotipte k›rm›z› rengi verirken; di¤er bir yavru homozigot dominant genotipli olarak fenotipte siyah rengi göstermektedir. Geriye kalan iki yavru ise heterozigot yap›l› olarak fenotipte; dominant genin etki etti¤i siyah renkte görülmektedir. S›ra Sizde 2 Dört farkl› karakter yönünden yap›lan birlefltirmede, F2 kufla¤›nda 2n x 2n formülü; 24 x 24 = 256 yeni birleflim sonucunu vermektedir. Elde edilen 256 yeni bireyde oluflan farkl› fenotip say›s›n› hesaplamak için bilindi¤i üzere 2n formülü kullan›lmaktad›r. Burada formül uyguland›¤›nda, 24’ten 16 farkl› görünüflün fenotipte kendisini gösterece¤i bulunmaktad›r.

4

TEMEL VETER‹NER GENET‹K

Amaçlar›m›z

N N N N

Bu üniteyi tamamlad›ktan sonra; Mendel kurallar›na uymayan genetik yap›y› tan›mlayabilecek, Krossing-over› tan›mlayabilecek, Gen ba¤l›l›¤›n› tan›mlayabilecek, ba¤l›l›ktan yararlanarak gen haritalar› hakk›nda yorum yapabilecek, Mendel kurallar›na uymayan Polimeri, çoklu allellik, genomik imprinting, mosaizim ve uniparental dizomi olgular›n› tan›mlayabilecek bilgi ve beceriler kazanabileceksiniz

Anahtar Kavramlar • Genomik imprinting • Somatik mozaisizm • Krosing-over

• Polimeri • Multiple allelizim

‹çindekiler

Temel Veteriner Genetik

Mendel D›fl› Kal›t›m

• MENDEL DIfiI KALITIM • EKSTRANÜKLEER KALITIM • KROSS‹NG-OVER, GEN DÖNÜfiÜMÜ • GEN BA⁄LILI⁄I (B‹LEfi‹KL‹K) • POL‹MER‹ (MULT‹PLE GENLER) • MULT‹PLE ALLEL‹ZM (ÇOKLU ALLELL‹K) VE POL‹MORF‹ZM • GENOM‹K DAMGALAMA • UNIPARENTAL D‹ZOM‹ • MOZA‹S‹ZM

Mendel D›fl› Kal›t›m MENDEL DIfiI KALITIM Mendel d›fl› kal›t›m, genel bir ifadeyle özelliklerin Mendel’in kurallar›yla uyumlu olarak segregasyon göstermedi¤i herhangi bir kal›t›m kal›b› olarak düflünülür. Bu kurallar, nükleustaki kromozomlar üzerinde bulunan tekli genlerle ba¤lant›l› özelliklerin kal›t›m›n› aç›klamaktad›r. Mendeliyen kal›t›mda, bir özellik için her bir ebeveyn iki muhtemel allelden birini aktar›r. Bir genetik çaprazlamada, her iki ebeveynin genotipleri biliniyorsa, Mendel’in kurallar› oluflacak yeni populasyon için beklenen fenotip da¤›l›m›n› belirlemekte kullan›labilir. Mantarlar, virüsler ve bakterilerdeki özelliklerin kal›t›m› Mendel d›fl› olsa da, “Mendel d›fl› kal›t›m” ifadesi genellikle sadece ökaryotik üremede oluflan kural d›fl› durumlar› aç›klamak için kullan›l›r. Mendel d›fl› kal›t›m pek çok hastal›¤›n oluflum sürecinde rol oynar.

EKSTRANÜKLEER KALITIM Ekstranükleer Kal›t›m (stoplazmik kal›t›m olarak da bilinir) ilk defa 1908’de Carl Correns taraf›ndan keflfedilen bir Mendel d›fl› kal›t›m formudur. Correns Mirabilis jalapa ile çal›fl›rken yaprak renginin sadece maternal ebeveynin genotipine ba¤l› oldu¤unu gözlemifltir. Bu veriye dayanarak, özelli¤in ovumun stoplazmas›nda bulunan bir karakter yoluyla geçifl gösterdi¤ini belirledi. Ruth Sager ve di¤er araflt›rmac›lar taraf›ndan daha sonra yap›lan çal›flmayla, gözlenen al›fl›lm›fl›n d›fl›ndaki kal›t›m kal›b›ndan kloroplastta bulunan DNA’n›n sorumlu oldu¤u belirlenmifltir. Mary ve Hershel Mitchell taraf›ndan bafllat›lan Neurospora crassa küfünde yap›lan çal›flma mitokondrideki genetik materyalin de keflfine yol açm›flt›r. Ekstrasellüler kal›t›m olay›, organel DNA’s›n›n aktar›m›d›r. Hem kromozom hem de mitokondri sadece maternal gametlerin stoplazmalar›nda mevcuttur. Paternal gametlerin stoplazmik mitokondrisi yoktur. Bu yüzden, kloroplastlar veya mitokondrilerde bulunan genlerle ilgili özelliklerin fenotipi sadece maternal ebeveyn taraf›ndan belirlenir. ‹nsanlarda ve hayvanlarda, mitokondriyal hastal›klar ço¤unlu¤u kaslar› ve gözleri etkileyen bir hastal›k s›n›f›d›r. Mitokondriyal genomdaki mutasyonlar hastal›klara neden olabilirler. Bu durumda fenotip, iliflkili oldu¤u gen veya genlere, mutasyon tipine, mutasyonun bir dokudaki tüm DNA’lar› tutup tutmamas›na ya da sadece bir mitokondriyi tutmas›na göre de¤iflmektedir. Mitokondriler ve dolay›s›yla mitokondriyal kromozomlar çok büyük oranda anneden al›nmaktad›r ve o nedenle mitokondriyal hastal›klar

Maternal: Anne kaynakl›, anneden geçen.

Ekstrasellüler: Hücre d›fl› Paternal: Baba kaynakl›, babadan gelen.

56

Temel Veteriner Genetik

karakteristik bir kal›t›m kal›b› gösterirler. Bu tür kal›t›mda hasta anne hastal›¤› tüm yavrular›na aktarabilirken, hasta baban›n yavrular›nda herhangi bir risk söz konusu de¤ildir.

KROSS‹NG-OVER, GEN DÖNÜfiÜMÜ Krossing over ökaryotlarda görülen homolog rekombinasyondur. Gamet hücrelerinde mayoz bölünme esnas›nda gerçekleflir. ‹kinci ünitede (Ünite 2; Genetik Aç›dan Hücre ve Organizma) bahsedildi¤i üzere mayoz bölünme ikiye ayr›l›r; Mayoz I ve mayoz II. Mayoz I profaz›n›n pakiten evresinde homolog kromozomlar aras›nda parça de¤iflimi gerçekleflir. Bu olaya krossing-over denir ve efleyli üreyen canl›larda çeflitlili¤in temelini oluflturur. Bu flekilde oluflan gamet hücrelerinin birleflmesiyle rekombinant bireyler oluflur. Krossing-over sonras›nda bafllang›çtan farkl› özellikte yeni DNA molekülleri ve kromozomlar oluflur. Bu karfl›l›kl› parça de¤ifl tokuflu ile gerçekleflmifltir. Sadece homolog kromozomlar aras›nda ve rastgele gerçekleflmektedir. Herhangi iki gen lokusu aras›nda olma olas›l›¤› eflittir. Hücre döngüsünün interfaz evresinde DNA kendini eflleyerek iki hücreye yetecek kadar ço¤alt›r. Normalde bir hücrede her kromozom bir kromatidten oluflurken replikasyon sonucu her kromozom iki kromotidli hale gelir. Bu kromotidlere kardefl kromotid denir ve birbirinin tamamen ayn›s›d›r. Bilindi¤i üzere diploid canl›larda her kromozomun bir homolo¤u vard›r. Bunlar›n biri anneden, di¤eri babadan gelir. Mayoz bölünmede bu homolog kromozomlar›n kromotitleri aras›nda parça de¤ifl tokuflu olur. Rekombinasyon bir de¤me noktas›nda dört kromatidin sadece ikisi aras›nda gerçekleflir, bunun sonucu olarak da de¤iflmeden kalan atasal genomu tafl›yan kromotitler de bulunur (fiekil 4.1) . Krossing-over moleküler mekanizmas›nda temel gereklilik homolojidir. Bu olayda DNA moleküllerinin do¤ru olarak karfl›l›kl› gelebilmesi için tamamlay›c› bazlar›n eflleflmesi gerekir. Bir di¤er de¤iflle krossing-over hemen hemen ayn› baz dizisini içeren iki DNA bölgesi aras›nda gerçekleflir. Mayoz bölünmenin leptoten aflamas›nda Spo11 endonükleaz› taraf›ndan çift iplik k›r›lmalar› indüklenir. Zigoten safhas›nda yanyana uzanan homolog kromotidler birbirine temas eder ve eflleflmifl kromozomlar›n uzunlu¤u boyunca sinaptonemal kompleks oluflur. Bu yap› kromatitler aras›nda fermuar gibi bir kapanma ve eflleflme sa¤layarak kromotitleri bir arada tutan protein yap›d›r. Ayn› kromozom üzerinden birden fazla noktada temas bölgesi olabilir ve buna ba¤l› olarak da rekombinasyon bir kromozom üzerinde farkl› noktalarda oluflabilir. fiekil 4.1 Mayoz bölünmede gerçekleflen krossing-over. Kaynak: http://tr.wikipedia.o rg/wiki/Dosya:Cross -over.jpg

a+ b-

Mayoz II

a+ abb+ Homolog kromozomlar

a+ abb+ Krosing-over

a+ b+

Mayoz 1 de kromozomlar›n paylafl›lmas› Mayoz II ab-

ab+

57

4. Ünite - Mendel D›fl› Kal›t›m

Rekombinasyon pakitenin sonunda tamamlanm›fl olur ve diploten aflamas›nda sinoptenemal kompleks kaybolur. Homolog kromozomlar birbirinden ayr›l›r. Krossing-over olufl mekanizmas›yla ilgili farkl› görüfller bulunmakla birlikte bu gün kabul gören model, k›r›lma ve yeniden birleflme modelidir. Krossing-over sonucunda atasallardan fakl› iki yeni kromozom oluflur. Genlerin yer de¤ifltirmesiyle yeni genotipler ve buna ba¤l› olarak yeni fenotipler oluflur. Bu olay›n genetik çeflitlili¤in oluflmas›nda çok büyük etkisi vard›r. Ba¤l› genlerin ayr›lmas› ve yeniden düzenlenmesine neden olur. Bu durum Mendel kurallar›na göre beklenen genlerin da¤›l›m›na uygunluk göstermez (fiekil 4.2). Mayoz bölünmedeki kadar s›k olmasa da mitoz bölünmede de krossing-over gerçekleflmektedir. Somatik hücrelerde mitoz bölünmenin metafaz ya da profaz safhas›nda bazen kardefl kromozomlar aras›nda da parça de¤iflimi meydana gelebilmektedir. Oluflan yeni allel birleflimi yeni hücrelerde gözlenebilmektedir. Homolog olmayan kromozomlar aras›nda rekombinasyon olabilirmi? SIRA S‹ZDE

Kromatitler aras›nda parça de¤iflimi. Kaynak: http: //tr.wikipedia.org/w iki/Dosya:Morgan_ crossover_1.jpg

1

Gen dönüflümü de Mendel d›fl› kal›t›m›n bafll›ca formlar›ndan biri olabilir. Gen Ü fi Ü N E L ‹ M dönüflümü DNA rekombinasyonunda bir parça DNA sekansDbilgisinin, bir DNA heliksinden (de¤iflmeden kal›r) sekans› de¤iflen di¤er DNA heliksine aktar›ld›¤› S O zincirleri R U DNA’daki onar›m ifllemidir. Bu, farkl› ebeveynlerden al›nan DNA aras›nda bir mismatch tamiri olarak meydana gelebilir. Bu yüzden, mismatch tamiri bir alleli di¤erine dönüfltürebilir. D‹KKAT

GEN BA⁄LILI⁄I (B‹LEfi‹KL‹K)

fiekil 4.2

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U Mismatch: Bazlar aras›ndaki yanl›fl eflleflme D‹KKAT

N N

SIRA S‹ZDEbelirlenmeKal›tsal materyal olan DNA’da bulunan ve organizman›n fenotipinin sinde rol oynayan moleküllere gen ad› verilmektedir. Genler canl›larda kromozom say›lar› ile karfl›laflt›r›ld›klar›nda, say›ca yüzlerle ve binlerle ifade edilebilecek kaAMAÇLARIMIZ dar fazlad›r. Söz konusu bu genler, Mendel kal›t›m›nda anlat›ld›¤› gibi yavru kuflaklara, ba¤›ms›zl›k ve segregasyon ilkeleri arac›l›¤› ile geçmektedir. Ancak genlerin tümü ba¤›ms›z olarak yavru kuflaklara geçememektedir. Baz› birbirK ‹ gen T A çiftleri P leriyle ba¤lanarak yavru kufla¤a geçmektedir. Ba¤l› genler; kal›t›mda ayn› kromozom üzerinde tafl›nan genlerdir ve ba¤l› genlerin rol oynad›¤› kal›t›m flekline de gen ba¤l›l›¤› denilmektedir. Bilefliklik olarak da isimlendirilenT gen ayE L E Vba¤l›l›¤›nda, ‹ZYON n› kromozom üzerinde tafl›nan genler aras›nda ba¤l›l›k vard›r. E¤er tafl›nan genler farkl› kromozomlar üzerinde ise gen ba¤l›l›¤›ndan söz etmek olas› de¤ildir. Örne¤in; yap› gere¤i bir A geni herhangi bir kromozomda yer al›rken, alleli olan a ge‹ N T E Rele N E Tal›nd›¤›nda; ni homolog kromozomda yer almaktad›r. A ve B gibi farkl› genler A geni 8. kromozomda iken B geni ise 3. kromozomda yer al›yor olabilir. E¤er biri 8’de di¤eri ise 3’de yer al›yorsa ba¤l›l›ktan söz edilemez fakat ikisi de 8. kromozomda tafl›n›yor ve beraber aktar›l›yorsa A ve B ba¤l› genlerdir denilebilir.

SIRA S‹ZDE

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

58

Temel Veteriner Genetik

Mendel kanunlar›na göre; “AABB” ve “aabb” genetik yap›l› iki bireyin dihibrid birlefltirilmesi sonucu oluflan F1 neslinde, “AaBb” genotipinde yavrular oluflmaktad›r. Heterozigot yap›daki (AaBb) F1’ ler kendi aralar›nda birlefltirildi¤inde ise F2 neslinde, 16 birleflimde oluflturan 9 farkl› genotip a盤a ç›kmaktad›r. Bu genotipik yap›, da¤›l›m oran› 9:3:3:1 olan 4 farkl› fenotipte kendisini göstermektedir. Oluflan bu tablo Mendel’in dihibrit birlefltirmelerdeki klasik da¤›l›m oran›n› vermektedir. Mendel’in bezelye deneylerinin ard›ndan, yeni çal›flmalar yap›lmaya bafllam›flt›r. Bu çal›flmalardan biri, Lathyrus odaratus isimli tatl› bezelye bitkisinde yap›lm›flt›r. Yap›lan araflt›rmada çeflitli karakterler bak›m›ndan F1 melezleri elde edilmifl ve elde edilen melezler kendi aralar›nda birlefltirilmifltir. Ancak bu kez beklenen 9:3:3:1 Mendel da¤›l›m›ndan farkl› sonuçlar elde edilmifltir. Gözlenen sonuçlar›n, beklenen sonuçlardan farkl› olmas›n›n; gen ba¤l›l›¤›-bileflikli¤inden kaynakland›¤› düflünülmüfltür. Gen ba¤l›l›¤›n› Drosophila (meyve/sirke sine¤i) cinsi sinekte aç›klayacak olursak; B: Gri renkli b: Siyah renkli V: Normal kanatl› v: Körelmifl kanatl› olmay› determine etmektedir. Siyah renkli-normal kanatl› (BBVV) sirke sine¤i ile gri renkli-körelmifl kanatl› (bbvv) sirke sine¤i kendi aralar›nda birlefltirildi¤inde; heterozigot yap›da, siyah renkli-normal kanatl› (BbVv) F1 nesli elde edilmifltir. F1 nesli ile homozigot resesif (bbvv) ebeveyn nesli ile birlefltirildi¤inde meydana gelen bireyler fiekil 4.3’de görülmektedir. fiekil 4.3 Drosophila’da ba¤l› genlerde geriye melezleme ile oluflan F2 neslinin genotipik ve fenotipik da¤›l›m›.

(P)

BBVV X bbvv (gri renk-Normal kanat) (siyah renk-körelmifl kanat) (Gametler) BV bv F1 BbVv (gri renk-Normal kanat) BbVv X bbvv (Gametler) BV bv bv F2 %50 BbVv (gri renk-normal) %50 bbvv (siyah renk-körelmifl)

fiekil 4.3’de görüldü¤ü üzere renk ve kanat yap›s›n› tayin eden genin ayn› kromozom üzerinde tafl›nmas› ve aralar›nda gen ba¤l›l›¤› oldu¤undan homozigot resesif bireyle yap›lan test birlefltirmesi sonucu F1’de iki tip gamet (BV, bv) oluflmufltur. B ile V geni ve b ile v geninin birbirinden ayr›lmamas› (ayn› kromozom üzerinde tafl›nmas›) sonucu F2 fenotipinde %50 BbVv, %50 bbvv genotipi meydana gelmifltir. Gen ba¤l›l›¤›na göre da¤›l›m oran›; 1:1 fleklindedir. Bahsedilen genler aras›nda ba¤l›l›k olmamas› durumunda, F2 nesli test birlefltirmesi sonucu flekil 4.4’deki gibi elde edilecektir.

59

4. Ünite - Mendel D›fl› Kal›t›m

fiekil 4.4 (P)

BBVV X bbvv (gri renk-Normal kanat) (siyah renk-körelmifl kanat) (Gametler) BV bv F1 BbVv (gri renk-Normal kanat) BbVv X bbvv (Gametler) BV-Bv-bV-bv bv F2 %25 BbVv (gri renk-normal k.) %25 Bbvv (gri renk-körelmifl k.) %25 bbVv (siyah renk-normal k.) %25 bbvv (siyah renk-körelmifl k.)

Bu durumda genlerin ba¤›ms›zl›¤› F2’de dört farkl› gamet oluflumuna neden olacakt›r. Oluflacak olan 4 farkl› gamet 16 birleflim meydana getirecek ve yeni kuflakta 4 farkl› özellik kendini fenotipte gösterecektir. Yani gametlerin ba¤›ms›zl›¤›n›n var oldu¤u durumda, her bir allel genin ayr› kromozomlarda bulunmas› halinde, F2 neslindeki da¤›l›m oran› 1:1:1:1 fleklinde olacakt›r.

Gen Ba¤l›l›¤› Çeflitleri Genotipinde heterozigot yap›ya sahip iki gen çifti tafl›yan organizmada söz konusu iki gen aras›nda gen ba¤l›l›¤› varsa bu ancak 2 flekilde meydana gelebilmektedir. Birinci seçenekte dominant genler (örne¤in; B ve C genleri) kromozomun birinde yer al›rken allelleri olan resesif genler (b ve c genleri) di¤er kromozom çiftinde tafl›n›rlar. Bu flekilde yerleflmifl olan genlere coupling genler denilmektedir. Di¤er seçenekte ise; bir gen çiftinin dominant karakterde olan› ile (örne¤in; D geni), di¤er genin resesif karakterde (e geni) olan› ayn› kromozom üzerinde tafl›n›rken, öteki kromozom çiftinde ise ilk bahsedilen genin resesif alleli (d geni) ile ikinci genin dominant alleli ayn› kromozom üzerinde tafl›nabilirler. Böyle yerleflmifl genlere de trans genler (E geni) ad› verilmektedir.

Bileflikli¤in Gen Haritalamada Kullan›m› 1911 y›l›nda, Biolog Thomas Hunt Morgan kal›t›m›n kromozom teorisi üzerine çal›fl›rken, büyük bir 盤›r açm›flt›r. Morgan ayn› kromozom üzerindeki baz› karakterlerin birlikte kal›t›ld›¤›n›, baz› karakterlerin ise ayr› ayr› da kal›t›labildiklerini fark etmifl ve teorilerini krossing overdaki kromozomlar aras› parça de¤iflimi ile destekleyen sonuçlar bulmufltur. Mendel’in gametlere ba¤›ms›z allel da¤›l›m› ile çeliflen bu sonuç F1 neslinde beklenenden farkl› kombinasyonlarda (rekombinant) allellerin oluflmas›na neden olmufltur. Krossing over fikrini ortaya atarken, Morgan ayn› zamanda rekombinasyonun s›kl›¤›n›n kromozom üzerinde genler aras›ndaki mesafe ile iliflkili oldu¤unu ve krossing overdaki genetik bilgi de¤ifliminin genler aras›ndaki ba¤l›l›¤› k›rd›¤›n› da öne sürmüfltür. Morgan bu hipotezlerini destekler flekilde genlerin kromozomlar›n üzerinde, ipteki inciler gibi dizildiklerini hayal etmifltir. Bir kromozom üzerindeki komflu iki gen, di¤erlerine oranla daha yüksek flansla birlikte kal›t›l›rlarken; ayn› kromozom üzerindeki birbirinden uzak genler rekombinasyon boyunca büyük olas›l›kla birbirlerinden ayr›lacaklard›. Böylece, Morgan “iki gen aras›ndaki ba¤lant›n›n gücü, ayn› kromozom üzerinde bulunan genler aras›ndaki mesafeye ba¤l›d›r” önermesini yapm›flt›r. Bu önerme, ilk genom haritalar›n›n oluflturulmas›nda temel olmufltur.

Drosophila’da gen ba¤l›l›¤› olmamas› durumunda geriye melezleme ile oluflan F2 neslinin genotipik ve fenotipik da¤›l›m›.

60

Temel Veteriner Genetik

Morgan hipotezini ortaya koyduktan çok k›sa bir süre sonra, Morgan’›n ö¤rencisi 19 yafl›ndaki Alfred Henry Sturtevant, bu önermeyi kullanarak bir kromozomun üzerindeki genlerin haritas›n›n yap›labilece¤ini ortaya koymufltur. Sturtevant Drosophila melanogaster’de (meyve sine¤i) ayn› kromozom üzerinde vücut rengi, kanat büyüklü¤ü, göz rengi gibi 6 karakter belirleyerek haritalamaya bafllam›fl ve bu karakterleri kullanarak çaprazlama deneyleri düzenlemifltir. Örne¤in, vücut rengi ve kanat tipi ile ilgili genler aras›ndaki mesafeyi belirlemek için, Sturtevant yaban›l tip olan gri vücutlu ve normal kanatl› sinekleri, siyah vücutlu ve körelmifl kanatl› sineklerle çaprazlam›flt›r (fiekil 4.5). Bu çaprazlamada, rekombinasyonun kan›t› olarak atasal fenotiplerden farkl› olarak beklenenden farkl› fenotipler ve say›sal oranlar elde etmifltir. fiekil 4.5 Sturtevant’›n yapt›¤› deneysel çaprazlamalardan bir örnek. Vücut rengi ve kanat tipi ile iliflkili genleri incelemifl ve elde etti¤i oranlar› not alm›flt›r.

b+ vg+ b vg

Yaban›l tip difli

b+

vg+

b

X

b

vg

b+ vg

b+ vg+ mayoz I vg krossing b over b vg

mayoz I

b+ vg+ vg b

b vg+ mayoz II Rekombinant gametler

Yumurta(1n)

Siyah vücut, körelmifl kanatl› erkek

vg

b+ vg

b+ vg+

b vg+

b+ b vg vg

mayoz II

b

b vg

b+ b vg+ vg

b + bvg vg

vg Sperm(1n)

b bvg vg

Siyah, Gri, Siyah, normal k. Yaban›l tip körelmifl k. körelmifl k. 160 818 180 842 Rekombinant fenotipler

Di¤er karakterler için de benzer test çaprazlamalar› yap›p inceledi¤inde elde etti¤i oranlar›n gelifligüzel olmad›¤›n› fark etmifltir. Bundan sonra ise, harita birimi ad›n› verdi¤i ve rekombinasyonlar›n frekans›ndan yararlanarak hesaplad›¤› mesafe birimini oluflturmufltur. Buna göre, %1’lik rekombinasyon frekans› bir harita birimine denk gelmektedir ve bu birime hocas› Thomas Hunt Morgan’dan esinlenerek centimorgan (cM) ad›n› vermifltir. Rekombinasyon frekansı =

Rekombinant yavru sayıssı x 100 Toplam yavru sayısı

61

4. Ünite - Mendel D›fl› Kal›t›m

fiekil 4.5’de verilen de¤erleri formüldeki yerlerine koyarak hesaplan›ld›¤›nda; vücut rengini ifade eden gen (b) ile kanat tipini ifade eden gen (vg) aras›nda 17 cM mesafe bulundu¤u görülmektedir. Rekombinasyon frekansı =

340 (rekombinant yavru sayısı) x 100 = %17 2000 (toplam yavru sayısı)

Çaprazlamalara göz rengi ile ilgili gen bölgesi (cn) de kat›ld›¤›nda genlerin birbirlerinden uzakl›klar› daha net olarak gözlenebilmekte ve böylece fiziksel bir kromozom haritas› elde edilebilmektedir. Örne¤in; vücut rengini ifade eden gen (b) ile göz rengini ifade eden gen (cn) aras›ndaki rekombinasyon frekans› %8 ve kanat tipini ifade eden gen (vg) ile göz rengini ifade eden gen (cn) aras›ndaki rekombinasyon frekans› %9 bulundu¤unda fiekil 4.6’da görülen bir harita elde edilmifl olacakt›r. fiekil 4.6

Kromozom b (vücut rengi)

cn (göz rengi)

vg (kanat tipi)

Vücut rengi, göz rengi ve kanat tipi ile ilgili genlerin kromozom üzerinde s›ralan›fl›.

17% 8.0%

9.0%

Rekombinasyon frekanslar›

Birbirine yak›n ba¤l› genlerde rekombinasyon frekans› düflüktür. SIRA Bunun nedenini krosS‹ZDE sing over ile iliflkilendirerek aç›klay›n›z.

POL‹MER‹ (MULT‹PLE GENLER)

2

D Ü fi Ü N E L ‹ M

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M

Canl›lar›n sahip oldu¤u nitel (renk, biçim, boynuzluluk vb.) özellikler kesin s›n›rlar ile belirlenebilirken, ölçüye dayal› olan niceleyici özellikler S O ise R U kesin s›n›rlar ile belirlenemezler. ‹nsanlardaki boy uzunlu¤u, göz rengi, s›¤›rlardaki süt verimi, et verimi, koyunlarda yapa¤› verimi gibi özellikler ölçü aletleri ile belirlenebilen ve D‹KKAT herhangi bir s›n›r içerisine koyularak s›n›fland›r›labilecek özellikler de¤ildir. Bu özelliklerin da¤›l›m› çok fakl›d›r. Örne¤in bir çiftlikte yetifltirilmekte olan 100 s›¤›SIRA S‹ZDE r›n her birinin süt verimi az ya da çok birbirinden farkl› olabilmektedir. Nicel özellikler birden fazla gen çifti taraf›ndan kontrol edilirler. Ancak di¤er kal›t›m tiplerinden farkl› olarak bu genler aras›nda herhangi bir dominantl›k ya da AMAÇLARIMIZ resesiflik durumu bulunmamaktad›r. Bu genlerin her biri ayn› yönde etki göstermektedirler. Bu allellerin oluflturduklar› bu etkiye Toplamal› (Additif) Etki ad› verilmektedir. Bu flekilde ayn› etkiyi meydana getirmek üzere bulunan genlere PoliK ‹ T A P mer Genler ad› verilmektedir. Meydana gelen duruma ise toplamal› etki ad› verilmektedir. Ayn› zamanda bu durum Nicel kal›t›m olarak da tan›mlanmaktad›r. Polimerik kal›t›m gösteren özelliklerin kal›t›m›n› test birlefltirmeleri ile aç›klaTELEV‹ZYON yabiliriz. Bir karakter aç›s›ndan farkl› özellik gösteren iki birey aras›nda bir birlefltirme yap›ld›¤›nda meydana gelen F1 nesli intermedier kal›t›m göstermektedir. Yani an-

Nitel Karakter: Renk, flekil gibi daha çok gözle S O R U görülebilir olan ve populasyondaki bireyler aras›nda çok farkl› s›n›flar oluflturmayan özellikler D ‹ K K Anitel T karakter olarak adland›r›l›r

N N

‹NTERNET

Nicel Karakter: Boy, S‹ZDE a¤›rl›k, SIRA verim özellikleri gibi populasyondaki bireyler aras›nda oldukça farkl› de¤erler alabilen ve AMAÇLARIMIZ ölçümlerle anlafl›labilen karakterler nicel karakterlerdir.

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

62

Temel Veteriner Genetik

ne ve baban›n göstermifl oldu¤u özelli¤in tam ortas›nda bir özellik gösterirler. F1 neslinin kendi aras›nda yap›lan melezleme sonucunda ise ortaya ç›kan özellik bir uçtan di¤er uca oldukça farkl› de¤erler alan bir da¤›l›m göstermektedir. Nitel karakterler bir örnek ile gösterilecek olursa: Anne ve Baban›n genotiplerini s›ras›yla AABB ve aabb olmak üzere bu genlerin istenilen özellik üzerine katk›lar›n› ise s›ras›yla; A: 20 birim, a: 10 birim, B: 20 birim, b: 10 birim etki etti¤ini varsayal›m. Bu iki bireyi birbiri ile melezleyecek olursak; P: AABB (80 birim) x aabb (40 birim) Gametler: AB ab F1: AaBb (60 birim) (intermediyer özellik) E¤er F1 neslini kendi aras›nda melezleyecek olursak; F1: AaBb (60 birim) x AaBb (60 birim) F2: F2 neslinin genotipleri. Tablo 4.2 F2 neslinin genotipleri.

AB

Ab

aB

ab

AB

AABB

AABb

AaBB

AaBb

Ab

AABb

AAbb

AaBb

Aabb

aB

AaBB

AaBb

aaBB

aaBb

ab

AaBb

Aabb

aaBb

aabb

Yukar›daki F2 neslinin genotipik özelli¤i göz önüne al›nd›¤›nda meydana ç›kan fenotiplerin belirli bir s›n›fland›r›lma durumu olmay›p ebeveynlerden farkl› ve çok genifl bir varyasyona sahip olduklar› görülmektedir. Özellikle karaktere etki eden allel say›s› artt›kça bu aral›k oldukça genifl bir da¤›l›m gösterecektir.

Polimerik Kal›t›m›n Özellikleri 1. Polimerik kal›t›mda yer alan genler toplamal› etkiye sahip olduklar›ndan, bir polimer serisine dahil olan genlerin yapt›klar› etkiler eflittir. 2. Polimerik genler aras›nda dominant-resesif iliflkisi bulunmamaktad›r. 3. Polimeride yer alan genler toplamal› etki gösterdiklerinden bu genlerin genotipteki say›lar› ne kadar fazla ise fenotip o kadar belirgin olarak görülmektedir.

MULT‹PLE ALLEL‹ZM (ÇOKLU ALLELL‹K) VE POL‹MORF‹ZM Bir geni determine eden genlerin her biri homolog kromozomlar›n her birine da¤›lm›fl olarak bulunurlar. Bir canl›da allel genlerden yaln›zca bir çift bulunabilmektedir. Ancak bir karaktere etki eden birden fazla gende bulunabilmektedir. Allel say›s›n›n birden fazla oldu¤u bu duruma çoklu allellik ad› verilmektedir. Polimorfizm çok flekillilik demektir. Polimorfizm çoklu allelli¤e ba¤l› olarak ortaya ç›kan bir durumdur. E¤er bir karakterin belirlenmesinde çoklu allellik sözkonusu ise, o karekter aç›s›ndan fenotipik olarak çok flekillilik yani polimorfizm görülür. Bir karakterin belirlenmesindeki allel gen say›s› ne kadar fazla ise polimor-

4. Ünite - Mendel D›fl› Kal›t›m

63

fizm de dolayl› olarak çok fazla olarak ortaya ç›kacakt›r. Yani varyasyon bu allel gen say›lar›na ba¤l› olarak artacakt›r. Afla¤›da bu konuyla ilgili olarak örnekler verilecektir. Tavflanlarda tam renklilik (Agouti=yabani tip) “A” geni, albinoluk “a” geni, himalaya “ah” geni, flinflilla (Chinchilla) “ach” geni taraf›ndan belirlenir. Bu genler aras›nda dominant kal›t›m söz konusudur. A geni “ach”, “ah” ve “a” genlerine “ach”, geni “ah” ve “a” genlerine; “ah” geni “a” genine bask›nd›r ( A > ach > ah > a ). Yabani tip (Agouti) tavflanlarda k›llar›n deriye yak›n k›sm› gri renkli olup, sonra sar› bir k›s›m ve k›l›n ucunda siyah veya kahverengi renkten oluflan renk bant› fleklinde bir fenotip görülür. Albino tavflanlar›n vücut örtüsünde pigmentasyonun (renk pigmenti) hiç olmad›¤› için tavflanlar, albino (beyaz) olarak bilinmektedir. Albino durumda gözler pembe olmaktad›r. Himalaya tavflan›nda vücudun uç k›s›mlar› (ayaklar, burun, kulaklar ve kuyruk) renkli (siyah veya koyu kahverengi) di¤er bütün vücut örtüsü beyaz olmaktad›r. fiinflilla (Chinchilla) tavflanlar› vücut örtülerinde sar› renk pigmenti bulunmad›¤› için k›llardaki siyah ve gri renklerin, optik etkisi sonucu karakteristik gümüfli-gri bir görünüfle sahiptirler. Verilen örnekte tavflanlarda don rengine ba¤l› olarak dört farkl› fenotip görülmesi çok flekillilik yani polimorfizm durumudur. Bu karekterin belirlenmesindeki dört farkl› gen polimorfizme sebep olmufltur. Tavflan tipi

Fenotipler

Genotipler

Renkli Tavflan

Yabani tip (agouti)

A A, A ach, A ah, A a

Chinchilla

Gümüfli

ach ach, ach ah, ah a

Himalaya

Uç ›s›mlar siyah, vücut beyaz

ah ah, ah a

Albino

Beyaz, gözler pembe

aa

Tablo 4.2 Tavflanlarda beden rengi tiplerinin fenotip ve genotipleri

Kan Gruplar› Multiple allelizmin en iyi örneklerinden birisi de hayvan ve insanlardaki kan gruplar›n›n farkl›l›¤›d›r. Bu farkl›l›¤› göre insanlarda A-B-0, M-N ve Rh gibi kan sistemleri söz konusudur. Genel olarak bir hayvan›n ya da insan›n kan dolafl›m› sistemine d›flar›dan yabanc› bir protein verildi¤inde hayvan›n hücreleri yabanc› proteine karfl› savafl durumuna geçer ve yabanc› proteine karfl› bir tak›m özellikli maddeler sentezler. Hücreler taraf›ndan üretilen bu özellikli maddeye antikor ad› verilmektedir. Antikor oluflumuna neden olan yabanc› proteine ise antijen ad› verilir. E¤er vücuda giren antijen hücre formunda ise organizmada meydana gelen antikor antijen hücrelerini çevreler, y›¤›nlar halinde biraraya getirir. Bu duruma aglutinasyon ad› verilmektedir. Aglutinasyon olay›ndaki antijene aglutinojen, antikora ise aglutinin ad› verilmektedir. Hayvanlarda kan gruplar› belirlenirken reagentler kullan›l›r. Kan grubu reagent’i, alyuvarda faktörlere (kan grubu faktörü) karfl› reaksiyon veren antikora denir. E¤er bir hayvandan Anti-A reagent›na karfl› reaksiyon al›n›yorsa o hayvanda A faktörü var demektir. Kan grubunun belirlenmesinde iki test kullan›l›r. Bunlar antijen ve antikor iliflkisine göre de¤iflir. Testlerden biri hemolitik test, di¤eri ise aglutinasyon testidir. Hayvan türlerinde çok fazla ve farkl› say›da kan grubu sistemleri bulunmaktad›r. Bu sistem içinde bulunan allellerin iliflkileri bask›nl›k, efl bask›nl›k fleklinde oldu¤u gibi baz› sistemlerde çoklu allelik vard›r. S›¤›r türünde on bir kan grubu sistemi vard›r. Bunlardan A, B, C, S sistemleri ikiden fazla alleli olan yani çoklu allelli karma-

Kan grubu faktörü: antijenik belirleyiciye denir.

64

Temel Veteriner Genetik

Hemolitik sar›l›k: Farkl› kan gruplar›na sahip olan tay ve yavruda anne kan›nda oluflan antikorun tay taraf›ndan anne sütü ile al›nmas› ve yavruda bulunan karfl› antijenler ile reaksiyona girip sar›l›k oluflturmas›d›r. Baz› durumlarda ölüm görülebilir.

SIRA S‹ZDE

3

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U Epigenetik: Genomda kodlanan genetik bilginin d›fl Dfaktörlerle ‹ K K A T fenotipe farkl› yans›mas›. Örne¤in gende çeflitli bölgelere metil (CH3) eklenerek ifade edilmesinin SIRA S‹ZDE engellenmesi.

AMAÇLARIMIZ

Kan gruplar›n›n kullan›m alanlar› nelerdir? Aç›klay›n›z. SIRA hayvanc›l›kta S‹ZDE

GENOM‹K DAMGALAMA

D Ü fi Ü N E L ‹ M (imprinting) Mendel d›fl› kal›t›m›n di¤er bir örne¤idir. Klasik Genomik damgalama kal›t›mda oldu¤u gibi, bir özellik için genler yavru nesile her iki ebeveynden de geçer. Bununla aktar›mdan önce bu genler, ifadelendirme seviyelerini deS O Rbirlikte, U ¤ifltirerek epigenetik olarak iflaretlenirler. Bu durum Mendelin birinci kanunun da¤›lma kural› ile çeliflmektedir. D‹KKAT

UNIPARENTAL D‹ZOM‹

N N

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

SIRA S‹ZDE ‹NTERNET

fl›k sistemlerdir. Atlarda yedi sistem bulunmaktad›r. Bu sistemlerden dördü çoklu alleldir. Koyunlarda sekiz kan grubu sistemi vard›r. B kan grubu çoklu allelik bir yap›ya sahiptir. Domuzlarda on befl, tavuklarda on iki, köpeklerde sekiz kan grubu sistemi bulunurken; kedi türünde ise üç kan grubu sistemi bulunmaktad›r. Hayvanlarda kan gruplar›yla ilgili çal›flmalar ‹kinci Dünya Savafl›ndan sonra bafllam›flt›r. Bu çal›flmalar neticesinde birçok hayvan türünde kan gruplar› ve bu kan gruplar›na ba¤l› fazlaca allel belirlenmifl, ancak türler aras›nda sadece kan gruplar›nda de¤il ayn› zamanda bir tak›m biyokimyasal parametrelerde de farkl›l›klar oldu¤u ortaya konulmufltur. Söz konusu biyokimyasal parametreler biyokimyasal polimorfizm olarak adland›r›lm›flt›r. Hayvanlar aras› kan gruplar› farkl›l›klar›ndan söz ederken biyokimyasal polimorfizmler de birlikte an›lmaktad›r. Bu polimorfizmler sadece türler aras› de¤il ›rklar aras›nda da görülmektedir. Kan gruplar› ve biyokimyasal polimorfizmler, Mendel’in basit kal›t›m ilkeleri arac›l›¤› ile ileriki kuflaklara aktar›lmaktad›r. Çiftlik hayvanlar›nda kan gruplar› üzerinde çal›flmalar iki amaçla gerçeklefltirilmektedir. Bunlardan birincisi tart›flmal› ebeveynlik vakalar›nda ana-baban›n belirlenmesine yöneliktir. Di¤eri ise kan grubu ya da biyokimyasal polimorfizm ile ekonomik önem tafl›yan verimlerin iliflkilendirilmesine yönelik olarak yap›lan araflt›rmalard›r. Kan gruplar› ve biyokimyasal polimorfizmin hayvan yetifltiricili¤inde baflka bir kullan›m alan› da ikizlik testleridir. Bu çal›flmalarda, d›fl görünüflün yan›lt›c› oldu¤u durumlarda, tek yumurta ikizlerinin ayn› genotipe sahip olmas›ndan kontrol amaçl› olarak yararlan›lmaktad›r. Atlarda hemolitik sar›l›¤›n önlenmesinde kan grubunun bilinerek çiftleflmelerin yap›lmas›nda yarar vard›r. Moleküler tekniklerin son zamanlarda yayg›n olarak kullan›lmas› sonucu bahsedilen bu konularda uygulamalar art›k DNA temelli olarak yap›lmaktad›r.

4

SIRA S‹ZDE Daha önceki bölümlerde belirtildi¤i gibi; ökaryotlarda yavru, biri anneden biri de babadan gelen kromozom çiftlerine sahiptir ve bu çiftler homolog kromozomlar ad›n› almaktad›r. Uniparental dizomi ise bir çift kromozomun iki üyesinin tümüAMAÇLARIMIZ nün veya bir parças›n›n sadece bir ebeveynden kal›t›lmas›d›r. E¤er gamet oluflumu s›ras›nda sadece bir ebeveyne ait homolog kromozomlardan biri (ve onun kopyas›) yavruyaK aktar›lm›flsa izodizomi; homolog kromozomlar›n ikisi de aktar›lm›flsa ‹ T A P heterodizomi ad› verilmektedir. Uniparental dizomi 1980’li y›llar›n sonlar›na kadar bilinmemekteydi, ancak flimdi moleküler genetik teknikler kromozomlar›n ebeveyn kayna¤›n›n kolayl›kla beTELEV‹ZYON lirlenebilmesini sa¤lamaktad›r.

Uniparental SIRA dizominin S‹ZDE sebebi ne olabilir? Hücre bölünmelerindeki aflamalar› düflünerek ‹NTERNET yorum yap›n›z.

D Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M

S O R U

S O R U

D‹KKAT

D‹KKAT

65

4. Ünite - Mendel D›fl› Kal›t›m

MOZA‹S‹ZM Vücutlar›nda di¤er hücrelerden genetik olarak farkl› hücrelere sahip bireylere mozaik denir. Bu farkl›l›klar geliflmenin farkl› dönemlerinde, farkl› dokularda oluflan mutasyonlardan kaynaklanabilirler. E¤er bir mutasyon gamet oluflturmayan dokularda oluflursa, somatik olarak adland›r›l›r. Germline mutasyonlar, yumurta veya sperm hücresinde oluflur ve yavruya aktar›labilirler (fiekil 4.7). fiekil 4.7 Mozaisizmin oluflumu

Mutasyon

Mutant hücreler

Somatik Mozaisizm Embriyonik geliflim s›ras›nda ortaya ç›kan ve morfogenezi etkileyen bir mutasyon, mutasyonun olufltu¤u evreye ve kaynakland›¤› somatik hücre dizisine ba¤l› olarak segmental bir anomali olarak karfl›m›za ç›kabilir. E¤er germ hücrelerinin somatik hücrelerden ayr›lmas›ndan önce erken bir dönemde oluflursa, hem somatik hücrelerde hem germ hücre dizisinde bulunur ve somatik olarak mozaik flekilde ekspresse edilmekten baflka, yavrulara da tam flekliyle aktar›labilir hale gelir.

Germ Hücre Dizisi Mozaisizmi Genetikçiler, germ dizisi mozaisizmi olay›n› art›k bildikleri için, çeflitli testlerin sonucunda yeni bir mutasyon oldu¤u düflünülen özellikli bir otozomal dominant fenotipin kardefller aras›nda tekrarlama riskinin ihmal edilebilir düzeyde oldu¤unu öngörmenin potansiyel olarak hatal› olabilece¤inin fark›ndad›rlar. Mozaisizm X-inaktivasyonu olarak bilinen bir olaydan da kaynaklan›r. Tüm memeli diflileri iki X kromozomuna sahiptir. Letal gen dozaj problemlerini engellemek için, bu kromozomlardan birisi fertilizasyonu takiben inaktive edilmifltir. Bu ifllem organizman›n tüm hücreleri için rastgele yap›l›r. Bir diflinin iki X kromozomu özellikli allel kal›plar›nda neredeyse tam olarak farkl›l›k gösterecekleri için, hangi kromozomun sessizleflti¤ine ba¤l› olarak farkl› hücre fenotipleriyle sonuçlanacakt›r.

Morfogenez: Bir canl›n›n geliflmesi s›ras›nda büyüme ve hücre farkl›laflmas› ile özel fleklini almas› olay›

66

Temel Veteriner Genetik

Özet

N AM A Ç

1

N AM A Ç

2

N AM A Ç

3

Mendel kurallar›na uymayan genetik yap›y› tan›mlamak. Mendel kurallar› bir karakter için homolog kromozomlarda bulunan bir çift allel genin oldu¤u, karakterler için mevcut genlerin biri bask›n di¤eri çekinik oldu¤unda ve farkl› karakterlerin fakl› kromozomlarda bulundu¤u zaman geçerlidir. Oysa bazen birden fazla gen bir karakteri olufltururken, etkileri dominant, resesif fleklinde olmay›p katk› oranlar› eflit olabilir. Yine baz› karakterler nülear DNA taraf›ndan de¤il ekstranüklear DNA taraf›ndan kontrol edilmektedir. ‹flte bu tür kal›t›m mendel kurallar›na uymaz. Krossing-over› tan›mlamak. Efley hücrelereinde gerçekleflen mayoz bölünme de Mayoz I’in Profaz I evresinde homolog kromozomlar›n kromotitleri aras›nda karfl›l›kl› parça de¤iflimidir. Bu olay sonras›nda genetik rekombinasyon meydana gelir. Kromozomlarda bulunan genlerin allelleriyle yer de¤ifltirmesi sonucu atasal kromozomlardan farkl› birleflimlerinde kromozomlar oluflur. Canl›larda çeflitlili¤in temel nedenlerindendir. Gen ba¤l›l›¤›n› tan›mlayabilmek, ba¤l›l›ktan yararlanarak gen haritalar› hakk›nda yorum yapmak. Genler, Mendel kal›t›m›nda anlat›ld›¤› gibi yavru kuflaklara, ba¤›ms›zl›k ve segregasyon ilkeleri arac›l›¤› ile geçmektedir. Ancak baz›lar› bu ilkeler do¤rultusunda yavru kuflaklara geçememektedir. Baz› gen çiftleri birbirleriyle ba¤lanarak yavru kufla¤a iletilmekte ve bu kal›t›m flekline gen ba¤l›l›¤› ya da bilefliklik ad› verilmektedir. Homozigot dominant bir ebeveynle homozigot resesif bir bireyin birlefltirilmesi sonucu elde edilen F1 bireyi homozigot resesif ebeveynle tekrar geriye melezlendi¤inde; Mendel yasalar›n›n d›fl›nda iki tip gamet meydana getirecektir. Mendel kurallar›na göre bu tip birleflmede F2’de 4 tür gamet oluflacak ve fenotipte 4 farkl› karakter kendini gösterecektir. Bu fenotiplerden ikisi atasal ikisi de rekombinantt›r. Ancak ba¤l› genlerde, genler birbirinden ayr›lamayaca¤›ndan ötürü F2 ‘de 2 tip gamet oluflacak ve karakter olarak sade-

ce anne ve baban›n özelliklerinin görülece¤i 2 tür fenotip a盤a ç›kacakt›r. Dolay›s›yla oluflacak rekombinant yavru say›s› genlerin ne kadar ba¤l› oldu¤u konusunda fikir verici olmaktad›r. Rekombinans frekans› harita birimi olarak centimorgan cinsinden ifade edilmekte ve ne kadar düflükse genler de o kadar yak›nd›r kural›na göre kromozomlar üzerine genler yerlefltirilerek gen haritalar› yap›lmaktad›r.

N A M A Ç

4

Mendel kurallar›na uymayan Polimeri, multiple allelizm, genomik damgalama, mosaizim ve uniparental dizomi olgular›n› tan›mlamak. Baz› durumlarda Mendel kurallar›ndan sapmalar olmaktad›r. Nicel karakterler birden fazla ve ayn› yönde etki eden eflit etkili genler taraf›ndan belirlenmektedirler. Bu yüzden niceleyici karakterleri belirleyen genlere toplamal› genler ve yapt›klar› etkiye de toplamal› etki ad› verilmektedir. Çoklu allellik ise bir canl›da bulunan bir karakterin birden fazla allel taraf›ndan kontrol edilmesi durumudur. Tavflanlardaki beden rengi ve hayvanlardaki kan gruplar› bunun en büyük örnekleridir. Genetik damgalama, bir karaktere ait genetik materyalin kal›t›ld›¤› ebebeveyne göre fenotipde farkl›l›k oluflturmas›d›r. Bu olay ayn› zamanda epigenetiktir. Damgalama anne ya da baba nedenli oluflabilir. Mozaisizm bir canl›da fakl› genetik yap›ya sahip hücrelerin bulunmas› anlam›nda kullan›lmaktad›r. Uniparental dizomi bir karaktere ait genetik bilginin her iki allelininde ayn› ebeveyne ait olarak bulunmas› durumudur.

4. Ünite - Mendel D›fl› Kal›t›m

67

Kendimizi S›nayal›m 1. Heteroplazmi afla¤›dakilerden hangisine bir örnektir? a. Ekstranükleer kal›t›m b. Mendel kal›t›m› c. Otozomal resesif kal›t›m d. Otozomal dominant kal›t›m e. Gen dönüflümü 2. Genler aras› rekombinasyon frekanslar› fleklinde olan genler kromozom üzerine yerlefltirildi¤inde birbirine en uzak iki gen afla¤›dakilerden hangisidir? r-c aras›nda %10; c-p aras›nda %3; p-r aras›nda %13; s-c aras›nda %16; s-r aras›nda %6 a. p ve r b. s ve c c. r ve c d. c ve p e. p ve s 3. Ekstra sellüler kal›t›m ile iliflkili organel afla¤›dakilerden hangisidir? a. Ribozom b. Endoplasmik redikulum c. Mitokondri d. Golgi ayg›t› e. Sentrozom 4. Fenotip

Sinek say›s› 150

Gametlerin yap›s› Rekombinant

normal kanatl›, normal k›rm›z› gözlü

35

Parental

uzun kanatl›, parlak k›rm›z› gözlü

410

Parental

normal kanatl›, parlak k›rm›z› gözlü

8

Rekombinant

uzun kanatl›, normal k›rm›z› gözlü

Yukar›da yer alan tablodaki verilen de¤erlere göre rekombinasyon frekans› kaç cm dir? a. 0,26 b. 26 c. 30 d. 32 e. 35

5. Krossing-over ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi yanl›flt›r? a. Homolog kromozomlar aras›nda olur. b. Homolog kromatitlerin k›r›lmas›n› Spo11 endonükleaz› indükler. c. Parça de¤iflimi karfl›l›kl›d›r. d. Mayoz I de, profaz I’in diakinez aflamas›nda görülür. e. Kromatitler aras›nda birden fazla noktada oluflabilir. 6. Mayoz bölünmenin zigoten aflamas›nda homolog kromotitleri bir arada tutan protein yap›ya ne ad verilir? a. Kiyazma b. Sinoptonemal kompleks c. Sinapsis d. Nükleozom e. Proteozom 7. Bileflik genler (gen ba¤l›l›¤›) aras›nda yap›lan dihibrit birlefltirmeler sonucu elde edilen F1 kufla¤›n›n geriye melezlenmesi (homozigot resesif ebeveynle) sonucu ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi yanl›flt›r? a. F1’de homozigot dominant ebeveyne ait fenotip görülür. b. F2 kufla¤›nda oluflan 4 tür genotipten 4 farkl› fenotip a盤a ç›kar. c. F2 kufla¤›nda 16 yeni kombinasyon oluflmaktad›r. d. F2 kufla¤›nda oluflan 2 tür genotipten 2 farkl› fenotip a盤a ç›kar. e. F1 kufla¤›n›n homozigot resesif ebeveynle çaprazlanmas› sonucu iki farkl› gamet oluflur. 8. Afla¤›dakilerden hangisi toplamal› genlerin etkisinde olan özelliklerinden biri de¤ildir? a. Boy uzunlu¤u b. Süt verimi c. Boynuzluluk d. Et verimi e. Yapa¤› verimi

68

Temel Veteriner Genetik

Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› 9. Anne: Gümüfli, ach ah Baba: Renkli, A a Yukar›da fenotipik ve genotipik özellikleri verilen tavflanlar melezlendi¤inde F1 bireylerin renk da¤›l›m›n›n nas›l olmas› beklenir? (A: Renkli, ach: Gümüfli, ah: Himalaya, a: Albinolu¤u belirlerken birbirlerine olan dominantl›klar› s›ras›yla A > ach > ah > a fleklindedir).

1. a 2. e

3. c 4. a

a. b. c. d. e.

2 2 2 2 2

renkli, 1 gümüfli, 1 himalaya renkli, 1 gümüfli, 1 albino renkli, 2 gümüfli gümüfli, 2 himalaya, 1 albino himalaya, 1 gümüfli, 1 renkli

5. d 6. b 7. b

10. Afla¤›dakilerden hangisi hayvanlarda kan gruplar› ve biyokimyasal polimorfizmin kullan›m amaçlar›ndan biri de¤ildir ? a. Ebeveyn testi ile ana-baban›n belirlenmesi b. Tek yumurta ikizli¤inin belirlenmesi c. Atlarda hemolitik sar›l›¤›n önlenmesi d. Verimlerin hesaplanmas› e. Gen frekanslar›n›n hesap edilip populasyon çal›flmalar›nda kullan›lmas›

8. c 9. a 10. d

Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Ekstranüklear Kal›t›m” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Bilefliklik ve gen haritalamada kullan›m›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Ekstranüklear Kal›t›m” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Bilefliklik” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Krossing-over” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Krossing-over” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Gen Ba¤l›l›¤› (Bilefliklik)” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Polimeri” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Multiple Allelizm” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Kan Gruplar›” konusunu yeniden gözden geçiriniz.

S›ra Sizde Yan›t Anahtar› S›ra Sizde 1 Kromozomlar aras›nda parça de¤iflimi homolog kromozomlardaki s›kl›kta olmasa da homolog olmayan kromozomlar aras›nda da olabilmektedir. Bu durum homolog olmayan rekombinasyon, transpozisyon olarak adland›r›lmaktad›r. Genomda farkl› bölgeler aras›nda parça de¤iflimidir. Ökaryotlarda bir kromozomdan di¤erine ya da ayn› kromozom üzerinde bir noktadan di¤erine genlerin yer de¤ifltirmesidir. S›ra Sizde 2 E¤er ayn› kromozom üzerinde yer alan genler birbirlerine çok yak›nlarsa aralar›na krossing over denk gelme olas›l›¤› da oldukça düflük olacakt›r. Bunu bir ipin üzerine üç dü¤üm atarak deneyebilirsiniz. Birbirine yar›m santim uzakl›kta olan iki dü¤üm aras›nda ikinci bir dü¤üm atma flans›n›z düflük olacakt›r. Ancak birbirinden 10 santim uzak olan iki dü¤üm aras›nda ikinci bir dü¤üm atma flans›n›z oldukça yüksektir. ‹p örne¤inden de anlayaca¤›n›z gibi iki gen birbirine çok yak›nsa krossing over düflük oranda flekillenir ve rekombinantlar›n oluflumuna ba¤l› olan rekombinasyon frekans› da düflük olacakt›r.

4. Ünite - Mendel D›fl› Kal›t›m

69

Yararlan›lan Kaynaklar S›ra Sizde 3 Hayvan kan gruplar› konusunda yap›lan çal›flmalar, kan gruplar›n› belirleyen allellerinin fazla olmas› (örne¤in s›¤›rda bir lokusta 300 allel olmas›) ve her hayvan›n farkl› kan grubunun yan› s›ra farkl› farkl› biyokimyasal polimorfizminin bulunmas› dolay›s›yla oldukça karmafl›k ifllemlerdir. Çiftlik hayvanlar›nda kan gruplar›n›n belirlenmesi; ebeveyn tespiti durumlar›nda, önemli verim özelliklerinin bu gruplar ya da polimorfizmler ile iliflkilendirilmesinde kullan›lmaktad›r. Bunlar›n yan› s›ra ikizlik tespiti ve atlarda hemolitik sar›l›k önlenmesi de bu gruplar ve polimorfizmlerin kullan›m amaçlar›ndand›r. Ebeveyn tayini özellikle atlar konusunda önem kazanmaktad›r. Bu testler, mahkemelere intikal etmifl h›rs›zl›k olaylar›n›n ve yar›fllarda kullan›lan atlar›n Arap veya ‹ngiliz soyundan olup olmad›klar›n›n aç›kl›¤a kavuflturulmas› için yap›lmaktad›r. S›ra Sizde 4 Uniparental dizomi, gamet oluflumu s›ras›ndaki ayr›lma ve eflleflme hatalar›ndan kaynaklanmaktad›r. Dolay›s›yla bu aflamadan mayoz bölünme sorumludur. Hücre bölünmesi konular›nda anlat›ld›¤› gibi, mayoz bölünmede biri anneden di¤eri babadan gelen ve birbirlerine benzeyen homolog kromozomlar (2n) mayoz 1’de yan yana gelerek eflleflirler, tetradlar olufltururlar. Daha sonra bu kromozomlar›n mayoz 2 aflamas›nda ayr›larak yavrulara “n” say›da gitmesi gerekmektedir. E¤er mayoz 1’de hata flekillenirse heterodismi, mayoz 2’de hata flekillenirse isodisomi meydana gelebilir.

Aksoy, A.R., (1998). Genetik ders notlar› Kars Eriflim:http://abs.kafkas.edu.tr/upload/147/Genetik_birlesik_13_subat.pdf Alpan, O., Ertu¤rul,O. (1991). Kan Gruplar› ve Hayvan ›slah›nda Kullan›m›. Lalahan Hay. Arfl. Ens. Der. 31 (1-2) : 111-122,. Baflaran N. (1996) T›bbi Genetik. 6. Bask›, ‹stanbul: Bilim ve Teknik Yay›nevi. Bell, A.C.; G. Felsenfeld (2000). Methylation of a CTCF-dependent boundar control imprinted expression of the Igf2 gene. Nature 405 (6785): 482-485. Hartl, D. L., Freifelder, D., Snyder, L. A. (1988). Basic Genetics, Boston USA: Jones & Bartlett. Klug, W. S.; Cummings, M. R.,. Spencer C. A .(2006). Concepts of Genetics., NJ,USA: Pearson Education Inc. Lewin, B. (2004). Genes VIII. Upper Saddle River, NJ, USA: Pearson Education Inc. Nussbaum RL, McInnes RR, Willard HF, Boeerkoel III CF (2005). Thompson & Thompson: T›bbi Genetik. 6. Bask›, Ankara: Günes Kitabevi. Odabafl›o¤lu, F. (2005). Veteriner Genetik, Konya: S.Ü Bas›mevi. Pierce, B., A., (2006). GENETICS - A Conceptual Approach, Second Edition, New York USA:W.H. Freeman and Company. Russell, P. J. (2010). IGenetics: A Molecular Approach- 3rd ed, San Francisco, USA: Benjamin Cummings. Schaeffer, S.W. (2009). Chromosome Behavior and Gene Linkage. Eriflim: https://wikispaces.psu.edu/ display/Biol110HBC/Chromosome+Behavior+and+Gene+Linkage Eriflim tarihi: 12.04.2011 Temizkan G. (1998). Moleküler Genetik Ders Notlar›. ‹stanbul Üniversitesi. Van Heyningen V, Yeyati PL (2004). Mechanisms of non-Mendelian inheritance in genetic disease. Hum. Mol. Genet. 13 Spec No 2: R225-33. Wikipedia Non-Mendelian Inheritance Eriflim: http://en. wikipedia.org/wiki/Non-Mendelian_inheritance Eriflim: 12.03.2011

5

TEMEL VETER‹NER GENET‹K

Amaçlar›m›z

N N N N

Bu üniteyi tamamlad›ktan sonra; Genlerin nas›l etkilefltiklerini aç›klayabilecek, Allel gen etkileflimlerinin neler oldu¤unu ve birbirlerini nas›l etkilediklerini aç›klayabilecek, Epistazis’in ne oldu¤unu ve bunlar›n çeflitlerini yorumlayabilecek, Epistatik gen etkileflimlerin nas›l gerçekleflti¤ini tan›mlayabilecek bilgi ve beceriler kazanabileceksiniz.

Anahtar Kavramlar • Bask›nl›k • Efl bask›nl›k • Üstün dominasl›k (bask›nl›k)

• Pleitropi • Penetrans • Epistazis

‹çindekiler

Temel Veteriner Genetik

Gen Etkileflimleri

• GEN ETK‹LEfi‹MLER‹ • ALLEL GEN ETK‹LEfi‹MLER‹ • ALLEL OLMAYAN GEN ETK‹LEfi‹MLER‹

Gen Etkileflimleri GEN ETK‹LEfi‹MLER‹ Fenotipin belirlenmesine dar anlamda bak›ld›¤› zaman, sadece genetik ve çevre faktörlerinin etkisi görülmektedir. Fenotipin ortaya ç›kmas›nda bu faktörlerin yan›nda gen-çevre etkileflimleri ve genlerin birbirleri ile etkileflimleri gibi faktörlerin de etkileri bulunmaktad›r. Diploit bir organizmada homolog kromozomlar›n karfl›l›kl› lokuslar›nda bulunan genler birbirlerinin allelleridir. Dolay›s›yla genlerin birbirleriyle olan etkileflimlerini bulunduklar› konuma göre allel ve allel olmayan gen etkileflimleri olarak s›n›fland›rabiliriz.

Allel Gen Etkileflimleri Allel genlerin birbirleri ile etkileflimleri, bu genlerin oluflturduklar› birleflimlere göre de¤iflebilir. Bunlar afla¤›da yaz›ld›¤› gibi farkl› flekillerde olabilir. Dominasl›k (tam bask›nl›k): Bir allel genin di¤erinin etkisini örtmesi ya da engellemesi durumudur. ‹ki allel genin birlikte oldu¤u heterozigot birleflimde fenotipde bask›n olan genin etkisi görülür ( fiekil 5.1). ‹ncomplete; (parsiyel) dominasl›k (tam olmayan; eksik; k›smi dominasl›k): Bu durumda allel çiftlerden biri di¤erine tam olarak bask›n de¤ildir ( fiekil 5.1). Kodominasl›k (efl bask›nl›k): Bu etkileflim fleklinde genotipik olarak heterozigot birleflimlerde allellerin etkisi fenotipde ayn› zamanda ortaya ç›kar. Fenotipde her iki genin etkisi de görülür. K›rm›z› Shorthorn ile beyaz Shorthorn s›¤›rlar› melezlendi¤inde F1 soyda k›rç›l fenotipde Shorthorn’lar›n görülmesi gibi durumlar bu etkileflime iyi birer örnektir. Bu örnekte fenotipde hem k›rm›z› hem de beyaz k›llar birlikte görülmektedir. ‹ki rengin ortaklafla görünümü k›rç›l rengin ortaya ç›kmas›na neden olmaktad›r. Bu tür etkileflimlerde fenotipe bak›p genotipin ne oldu¤u belirlenebilir.

Diploit: bir türe özgü iki tam haploit kromozom setine sahip olma durumudur. homolog kromozom: diploit bir organizmada morfolojik olarak birbirinin ayn› olan kromozomlara denir.

72

Temel Veteriner Genetik

fiekil 5.1 Tam bask›n iliflkinin fenotipik cetvel ile özet olarak aç›klanmas› (Griffiths ve ark. 1999).

Fenotipik Cetvel

A1 A1 2

1

3

A1 A2 A 1 bask›n

1

D Ü fi Ü N E L ‹ M K›srak: S O Difli R Uat. Metabolizma: Canl› organizmada veya canl› D ‹ K K Ahareketi, T hücrelerde enerjiyi sa¤lamak için oluflan, biyolojik ve kimyasal de¤iflimlerin bütünü. SIRA S‹ZDE

Pleitropik etkide bir genin birden fazla karakteri K ‹ T A P belirlemesinin flekil ile aç›klanmas› (çizen Nuket Bilgen).

TELEV‹ZYON

‹NTERNET SIRA S‹ZDE

2

D Ü fi Ü N E L ‹ M Popülasyon: Belli bir bölgede yaflayan ayn› türe ait Sbireylerin O R U tümü. Her türlü canl› varl›¤›n say›sal olarak yo¤unlu¤u ve da¤›l›m›. D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

6

7

8

9

A1 A2 A 2 bask›n

A1 A2 A 2 tam olmayan bask›nl›k

Kan gruplar›SIRA ile ilgili S‹ZDEefl bask›nl›k durumunun görüldü¤ü bir örnek söyleyebilir misiniz? Intermedier kal›t›m: Bu tip etkileflimde, heterozigot birleflimde fenotipde her D Ü fi Ü N E L ‹ M iki genin sahip oldu¤u etkilerin aras›nda bir durum görülür. K›v›rc›k tüylü tavuklarla düz tüylü tavuklar›n birleflmesi sonucunda oluflan F1 soyda bu gen etkinlikleO R Uk›v›rc›k tüylü tavuklar›n görülmesi bir örnek olarak gösterilebilir. rin aras›nda Szay›f Beyaz ve siyah Endülüs tavuk ›rklar›n›n F1 soyda mavi kanat rengine sahip olmalar› gibi bir baflka örnek de bu gen etkileflimine örnek olarak gösterilebilir. D‹KKAT Over dominasl›k (üstün dominasl›k): Baz› heterozigot birleflimlerde fenotipik olarak heterozigot bireylerin homozigot olanlara göre üstün olma durumudur. ÖrS‹ZDE ne¤in erkekSIRA efle¤in, k›srak ile birleflmesinden do¤an kat›r›n yaflama gücü ac›s›ndan her iki türe göre daha üstün özelliklere sahip olma durumu bu etkileflime bir AMAÇLARIMIZ örnek olarak gösterilebilir. Pleitropi: Bir genin birden fazla karakteri belirlemesidir. Bu genetik etkileflim A karakteri K ‹ T A P arac›l›¤› ile bir bireyin fenotipine bakarak o bireye ait gözle belirleyemedi¤imiz baflA geni B karakteri ka bir karakteri ile ilgili bilgi sahibi olunaTELEV‹ZYON bilir. Örne¤in k›v›rc›k tüylü tavuklarda C karakteri metabolizma daha fazlad›r. Kalp at›m h›zlar› ve yem al›mlar› ve bunlar› sindirme ‹NTERNET ifllemleri daha h›zl›d›r (fiekil 5.2).

N N

fiekil 5.2

AMAÇLARIMIZ

5

A1 A2 bask›nl›k yok

A1 A2 A 1 tam olmayan bask›nl›k

SIRA S‹ZDE

4

A2 A2

SIRA yetifltiricili¤inde S‹ZDE Pleitropi hayvan nas›l kullan›labilir?

Penetrans (genin etkinli¤i): Ayn› çevre koflullar›nda, ayn› genotipe sahip olan D Ü fi Ü N E L ‹ M bireylerin genotipik özelliklerinin gerektirdi¤i fenotipi gösterme yüzdesidir. Baz› popülasyonlarda tüm bireyler ayn› genotipe sahip olmalar›na ve ayn› çevre koS O R U flullar›nda bulunmalar›na ra¤men o genotipin etkisini göstermezler. Bu durumda o popülasyonda tam olmayan penetrans vard›r. E¤er tüm bireyler o etkiyi gösterirlerse “buradaD ‹tam penetrans vard›r” denilir. Popülasyonda tüm bireyler ayn› genoKKAT

N N

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

73

5. Ünite - Gen Etkileflimleri

tipde olup da o genotipin gerektirdi¤i fenotipi göstermeyen bireyler popülasyonda varsa o zaman eksik penetrans görülür (fiekil 5.3). fiekil 5.3 Bilinen Genotip

Tam ve tam olmayan (eksik) penetrans’›n flekil ile aç›klanmas› (Russell P.J. 1993’den de¤ifltirerek çizen Nuket Bilgen)

Beklenen Fenotip Oluflumu

Komple (Tam) Penetrans Ayn› Genotip ve Çevre

Gözlenen Fenotip %100

Tam Olmayan Penetrans Ayn› Genotip ve Çevre

Gözlenen Fenotip b Gri>Siyah

C: Pigmentasyon oluflumu Gri

9 B_C Siyah 3 bbC_ Beyaz 3 B_cc 4

Beyaz 1 bbcc

Çekinik epistazise kedilerde görülen bir örnek verebilirmisiniz?

SIRA S‹ZDE

4

Köpeklerde bir lokusta bulunan “B” geni siyah renklili¤i belirlemektedir. Bu D Ü fi Ü N E L ‹ M genin çekinik alleli olan “b” ise kahve renklili¤i belirlemektedir. Bir baflka lokusta bulunan “I” geni pigmentasyon oluflumunu engellemekte ve hayvanlar S O R U albino olmaktad›r. Bu genin çekinik allelinin homozigot birlefliminde ise pigmentasyon ifllevi sa¤lanmaktad›r. “I” geni di¤er lokustaki “B” ve “b” genleri ile birlikte oldu¤u zamanlar bu genler üzerine epistatik etki göstererek D ‹ K K A T etkilerini engellerler. Bu olay dominant epistazis (bask›n epistazis) olarak tan›mlanmaktad›r (fiekil 5.7). SIRA S‹ZDE AMAÇLARIMIZ

N N

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

‹NTERNET

76

Temel Veteriner Genetik

fiekil 5.7 Bask›n epistazis’e köpeklerle ilgili örnek (çizim: Nüket Bilgen).

Beyaz

Beyaz

x Bbli Gametler

BI

Bi

Bbli bl

bi

bi

Bi BI

bl

Bl

Bi

bl

bi

Bl

BBII (Beyaz)

BBli (Beyaz)

Bbll (Beyaz)

Bbli (Beyaz)

Bi

BBIi (Beyaz)

BBii(Siyah)

Bbli (Beyaz)

Bbii (Siyah)

bl

Bb›› (Beyaz)

Bbli (Beyaz)

bbll (Beyaz)

bbli (Beyaz)

bi

Bbli (Beyaz)

Bbii (Siyah)

bbli (Beyaz)

bbii (K.rengi)

B>b Siyah>Kahverengi

I: Pigmentasyon

9/B_I_Beyaz

3/bbl_Beyaz

12/Beyaz

1/bbii Kahverengi

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

5

3/B_ii Siyah

Bask›n epistazise koyunlar ile ilgili bir örnek verebilir misiniz? SIRA S‹ZDE Tavflanlarda rex tüylü olmak, kürk hayvan› yetifltiricileri için arzu edilen özelD Ü fi Ü N E L ‹ M liklerden biridir. Bu özelliklere sahip olan tavflanlar›n derisi yumuflak, tüyleri k›sa, parlak, kadife gibidir. Bu özellik çekinik bir gen “r1” taraf›ndan belirlenir. Gene ayS O R U n› özelli¤i belirleyen fakat baflka bir lokusta olan “r3” geni vard›r. Bu genler çekinik olduklar›ndan rex tüylü¤ü belirleme özelliklerini homozigot olduklar› zaman gösterirler. Bu genlerin heterozigot birleflimlerinde normal tüylülük görülmektedir. D‹KKAT Farkl› lokustadaki bu çekinik genlerin tüm genotipik birleflimlerindeki bu özellikler çifte çekinik epistazis olarak adlanmaktad›r. Bu genler için heterozigot bireyleSIRA S‹ZDE rin çaprazlanmalar› sonunda 7 rex tüylü 9 normal tüylü fenotipik birleflim oluflmaktad›r (fiekil 5.8).

N N

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

‹NTERNET

77

5. Ünite - Gen Etkileflimleri

fiekil 5.8

r1 r1 R3 R 3

P:

R1 R1 r3 r 3

x

Rex

Normandiya Rexi

Gametler: r1 R 3 F1:

R1 r 3

x R1 r 1 R3 r 3

Gametler

R1 R 3

R1 r

3

r 1 R3

R1 r 1 R 3 r 3

r1 r 3

R1 R 3 R1 r

3

r 1 R3 r1 r 3

Duplike (Çifte) Resesif Epistazis F2:

R1 R3

R1 r3

r1 R3

r1 r

R1 r1 R3 R3

R1 r1 R3 r3

R1 R3

R1 R1 R 3 R 3 R1 R1 R3 r3

R1 r 3

R1 R1 R 3 r3

R1 R1 r3 r3Nor. Rex R1 r1 R3 r3

r1 R 3

R1 r 1 R3 R3

R1 r1 R3 r3

r 1 r1 R3 R3 Rex r 1 r 1 R3 r3 Rex

r1 r3

R1 r 1 R3 r3

R1 r1 r3 r3 Rex

r 1 r1 R3 r3 Rex

R1 r1 r3 r3 Nor. Rex r 1 r 1 r3 r3 Rex

Hereford s›¤›rlar›nda yüz aç›k (yüzün beyaz olmas›) renklidir. Bu durum bir bask›n gen “H” taraf›ndan belirlenir. Benzer olarak ayn› durum Simental ›rk› için de geçerlidir. Bu ›rkta da yüzün beyaz olmas› bir baflka lokusta bulunan bir bask›n gen taraf›ndan “S” taraf›ndan belirlenmektedir. Bu iki ›rk›n melezlenmesi sonucunda ortaya ç›kan F1 lerin kendi aralar›nda çaprazlamalar› sonucu ortaya ç›kan F2 birleflimlerinde biri d›fl›nda tüm döllerde yüz aç›k renklidir. Tüm genotipik birleflimlerde lokuslardan birinde “H” ya da “S” geninin bulunmas› yüzün aç›k renkli olmas›na neden olacakt›r. Kapal› yüz yani yüzün tümünün renkli görülmesi sadece “hhss”genotipinde olacakt›r. Anlat›lan örnekte farkl› lokuslarda bulunan iki bask›n gen söz konusudur. Bu olay çifte bask›n epistazis olarak tan›mlanmaktad›r (fiekil 5.9).

Tavflanlarda çifte çekinik epistazis’e örnek(çizim: Nüket Bilgen)

78

Temel Veteriner Genetik

fiekil 5.9 Çifte bask›n epistazis’e s›¤›r türünden bir örnek (çizim: Nüket Bilgen)

x P

Simental

Hereford HHss

hhSS

F1

HhSs Çifte Beyaz Yüz Çift Dominant (Bask›n) Epistazis

F2

HS

Hs

hS

hs

HS

HHSS

HHSs

HhSS

HhSs

Hs

HHSs

HHss

HhSs

Hhss

hS

HhSS

HhSs

hhSS

hhSs

hs

HhSs

Hhss

hhsS

hhss

15/1

H S

Epistatik

Leghorn tavuk ›rk›nda bulunan bask›n bir gen “I” tüylerin renksiz olmas›n› belirlemektedir. Baflka bir tavuk ›rk› olan ‹pek tavuk ›rk›nda farkl› bir lokusta bulunan çekinik bir gen “c” geni ayn› özelli¤i belirlemektedir. Bu iki ›rk melezlendi¤i zaman “CcI›” genotipindeki F1 yavrular “I” geninin etkisi ile beyaz tüylü bir fenotipe sahip olmaktad›r. F1 lerin kendi aralar›nda melezlemeleri ile oluflan 16 genotipik birleflimde çekinik “c” geninin homozigot yani “cc” birlefliminde ve I geninin de “I-” (“II” ve “I›”) birleflimlerinde tavuklar fenotipik olarak beyaz tüylü olmaktad›rlar. Di¤er birleflimlerde ise renkli tüylülük olmaktad›r. Anlat›lan örnekte epistatik olarak “I” geninin bask›n, “c” geninin ise çekinik epistatik etkisi vard›r. Bu duruma hem bask›n hem de çekinik epistazis denir (fiekil 5.10).

79

5. Ünite - Gen Etkileflimleri

fiekil 5.10

P

Hem bask›n hem de çekinik epiztazis’e tavuklarda görülen bir örnek (çizim: Nüket Bilgen)

x

Leghorn

‹pek

CCII

ccii

F1 Ccli Ccli Hem Dominant (Bask›n) Hem Resesif (Çekinik) Epistazis F2

Cl

Ci

cl

ci

Cl

CICI

CCli

Ccll

Ccli

Ci

CCIi

CCii

Ccli

Ccii

cl

CcII

Ccli

ccII

ccli

ci

Ccli

Ccii

ccli

ccii

I C

Epistatik

Yirminci yüzy›l›n ilk bafllar›nda tavuklar›n tüy renklili¤i ile ilgili farkl› lokuslarda bulunan gen etkileflimleri oldu¤u belirlenmifltir. Farkl› ›rklarda beyaz kanat tüylerine sahip iki saf tavuk ›rk› melezlendi¤i zaman renkli tüylü tavuklar olmaktad›r. Pigmentasyon olay›n› belirleyen “C” ve “O” genleridir. Bu tavuk ›rklar›ndan biri “ccOO” di¤eri ise “CCoo” genotipindedir. Bu gen birleflimlerinden birinde “cc” allelleri di¤erinde ise “oo” allelleri beyaz tüylülü¤e neden olmaktad›r. Bununla birlikte tavuklardaki tüy renklili¤i ile ilgili baflka lokuslarda bulunan allel genler de etkili olmaktad›r. Bu lokuslardan birinde bulunan “B” geni homozigot olarak bulundu¤unda “BB” siyah tüylülük, di¤er alleli olan “b” ile birlikte heterozigot olarak bulundu¤unda ise yani “Bb” birlefliminde mavi renklilik oluflurken, “bb” genotipinde siyah benekli bir tüy renklili¤i olmaktad›r. Renklilik ile ilgili bu genlerin etkin olabilmesi genotipik birleflimlerinde “cc” ve “oo” gen birleflimlerinin olmamas›na ba¤l›d›r (fiekil 5.11).

80

Temel Veteriner Genetik

fiekil 5.11

(A) “B” ›rk› (beyaz)

“A” ›rk› (beyaz)

x

P

Genotip

CCoo

ccOO

Co

cO Gametler F

(B)

Genotip

Siyah

Benekli

BBCcOc

bbCcOo

Beyaz

Mavi

BbCcOo

Beyaz Beyaz

BBccoo

bbccoo

Bbccoo

Tavuklarda gen etkileflimi. (A): Burada her iki tavuk ›rk› da “C” ve “O” genlerinin birlikte olmamalar›na ba¤l› olarak beyaz tüylüdür. Bunlar›n melezlemesiyle F1 soyda ikisi bir araya gelerek pigment oluflturur. (B): “C” ve “O” genlerinin bulundu¤u genotiplerde üçüncü lokustaki gen birleflimlerine göre tüy renkli¤i de¤iflik flekillerde oluflmaktad›r (Rothwell 1993’ den de¤ifltirilerek çizilmifltir. Çizim: Okan Ertu¤rul).

Organizmada metobolizma etkinlikleri bir biyokimyasal zincir içinde gerçekleflmektedir. Bu kimyasal zincir uygun miktarda enzimler var oldu¤unda sonlanabilmektedir. Her hangi bir flekilde bu enzimlerin üretimi olmazsa zincir durur ve son ürün flekillenmez. Bu son ürün herhangi bir özellikle ilgili olabilir. E¤er genler inaktif ise enzim flekillenmez ve halkan›n di¤er basamaklar› oluflmaz. Anlat›lan örnekte genotipte “C” geni yoksa C enzimi olmayacak dolay›s›yla di¤er basamaklar oluflmayacak ve pigmentasyon gerçekleflmedi¤i için beyaz tüylülük olacakt›r. “O” geninin olmay›p homozigot “oo” genotipi olmas›na ba¤l› olarak gene O enzimi olmayacak ayn› flekilde beyaz tüylülük gerçekleflecektir. “I” geni buradaki örnekte bask›n etki yaparak, gene i enzimi yoklu¤una ba¤l› olarak birincil pigmentin oluflumunu engelleyecektir. Dolay›s›yla gene beyaz tüylülük ortaya ç›kacakt›r (fiekil 5.12).

81

5. Ünite - Gen Etkileflimleri

fiekil 5.12

D maddesi

D enzimi

C enzimi

C maddesi

C geni X maddesi

C enzimi

B maddesi

B enzimi

O geni “A” Renksiz ürünü

A maddesi (Son ürün)

i geni

O enzimi

“B” Renksiz ürünü

i enzimi

A

B geni Birincil pigment

B enzimi

B Siyah tüy

X maddesi

c geni

Di¤er basamaklar oluflmaz

C geni X maddesi

C enzimi

“A” Renksiz ürünü

C geni X maddesi

C enzimi

C1

Beyaz tüy o geni

Di¤er basamaklar oluflmaz

C2

Beyaz tüy O geni

“A” Renksiz ürünü

O enzimi

“B” Renksiz ürünü

I geni SIRA S‹ZDE

Di¤er basamaklar oluflmaz Beyaz tüy

C3

SIRA S‹ZDE

Gen etkileflimleri. A: Biyokimyasal zincirlerin her bir basama¤›nda özel enzimlerin etkileri sonucunda son ürün oluflur. B: Tavuklarda siyah tüyün oluflumu C;O;i ve B genlerinin etkileflimleri ile oluflan enzimlerin kendinden önceki ürünleri de¤ifltirmesi ile oluflmaktad›r. C1:”c” geni Enzim oluflmaz ve bundan D Ü fietkisizdir. ÜNEL‹M D Ü fi Ü N E L ‹ M sonraki basamaklar oluflmad›¤› için tavuk beyaz tüylüdür. C2: Burada “o” geni enzim oluflturmad›¤› için zincir durur ve beyaz tüy olur. C3: Burada “I” geni enzim oluflturmaz ve gene beyaz tüylülük görülür (Rothwell 1993’ den de¤ifltirilerek çizilmifltir. Çizim: Okan Ertu¤rul).S O R U S O R U D‹KKAT

D‹KKAT

Bu durumu bask›n epistazis olay›n›n köpeklerde deri rengi ile ilgili örne¤inde (fiekil 5.7) aç›klanacak olursa I geninin varl›¤›nda i enzimi oluflmayacak ve buna SIRA S‹ZDE ba¤l› olarak I geni olan tüm genotiplerde beyaz renklilik görülecektir (Tablo 5.1). Aç›klama

N N

Da¤›l›m

Genotip

9

I-B-

Köpek beyaz olur. Çünkü ‘i’ enzimi oluflmaz

3

I-bb

Köpek beyaz olur. Çünkü ‘i’ enzimi oluflmaz

3

iiB-

K ‹ T A P oluflumunu Köpek siyah olur. Çünkü homozigot ‘i’ geni pigmentasyon sa¤lar. ‘B’ alleli de siyah pigment olmas›na neden olur.

1

iibb

Köpek kahverengi olur. Çünkü homozigot ‘i’ geni pigmentasyon T E L E V ‹ Z Y Oneden N oluflumunu sa¤lar. ‘bb’ genotipi de kahverengi pigmentli¤e olur.

AMAÇLARIMIZ

‹NTERNET http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/biobk/biobookgeninteract.html Bu adreste gen etkileflimleri ile ilgili bilgilere ulaflabilirsiniz.

SIRA S‹ZDE

Tablo 5.1 KöpeklerdeAMAÇLARIMIZ bask›n epistazisin aç›klamas›. K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

82

Temel Veteriner Genetik

Özet

N AM A Ç

1

N AM A Ç

2

Genlerin nas›l etkilefltiklerini aç›klamak. Genler bulunduklar› konuma göre birbirleriyle farkl› flekillerde iletiflimlerde bulunurlar. Bunlardan birincisi allel gen etkileflimleridir. Diploit organizmalar›n homolog kromozomlar›n›n karfl›l›kl› lokuslar›nda bulunan ve bir özelli¤i belirleyen bu allel genler birbirlerini etkiledikleri gibi allel olmayan genler aras›nda da etkileflimler olabilir. Bu genler birbirlerinin etkilerini tamamen ya da kismi olarak engelleyebilir, örtebilir. Böylelikle fenotipte bu genlerin etkileri görülmez. Baz› durumlarda birlikte hareket ederek fenotipte etkileri birlikte görülebilir. Bask›n genler etkilerini tek bafllar›na olduklar› birleflimlerde de gösterebildikleri halde çekinik genlerin etkilerini gösterebilmeleri için homozigot birleflimde olmalar› gereklidir. Allel gen etkileflimlerinin neler oldu¤unu ve birbirlerini nas›l etkilediklerini aç›klamak. Bask›nl›k, efl bask›nl›k, k›smi ya da eksik bask›nl›k, üstün bask›nl›k gibi gen etkileflimleri allel olan genler aras›ndaki etkileflimlerdir. Bu etkileflimlerde genler alleli üzerine etki kurarak bask›nl›k etkisini, tam kuramayak eksik bask›nl›k etkisini gösterir. Baz› durumlarda heterozigot bireyler üstün bask›nl›k etkileri gösterebilir. Pleitropi kavram› da allel gen etkileflimlerinde aç›klanan baflka bir etkileflim biçimidir. Pelitropi’de bir genin birden fazla karekteri etkiledi¤i görülür. Bunlar›n yan›nda penetrans, ekpresivite gibi populasyon düzeyinde aç›klanan gen etkileflimleri de vard›r.

N A M A Ç

3

N A M A Ç

4

Epistazis’in ne oldu¤unu ve bunlar›n çeflitlerini yorumlamak. Genler allel olmad›klar› durumlarda da birbirlerini etkileyebilirler. Bu gen etkileflim biçimine epistazis denir. Bunlar da etkileyen genin bask›n ya da çekinik olmalar›na göre farkl›l›klar olufltururlar. Bu genlerin etkileflim durumlar›na ba¤l› olarak da fenotipik görünümde farkl› birleflimler olur. Pleitropik etkileflimde bir gen birden fazla karekteri belirlerken, epistaziste bir karekteri birden fazla gen belirlemektedir. Epistatik gen etkileflimlerin nas›l gercekleflti¤ini tan›mlamak. Kromozomlar›n üzerinde bulunan genler enzim sentezini gerceklefltirirler. Baz› karekterlerin belirlenmesinde birden fazla gen etkilidir. Bu karekterler biyokimyasal bir zincir sonucunda enzimlerin etkileriyle son ürünlerini yani fenotipteki karekterini ortaya ç›kar›rlar; örne¤in kanat rengi gibi. Bu biyokimyasal zincir halkalar›nda bulunan genlerden biri etkinli¤ini çeflitli mutasyonlar sonucunda yitirirse enzim sentezlenemez ve zincir durur buna ba¤l› olarak son ürün farkl› flekilde ortaya ç›kar ve fenotipde bafllang›çta olmas› gerekti¤inden de¤iflik olarak flekillenir. ‹flte bu zincirin bafl›nda bulunan bir gen de¤iflime u¤ray›p aktifli¤ini yitirirse o zincirin sonraki halkas›nda bulunan genlerin etkinli¤ine de etki etmifl olur.

5. Ünite - Gen Etkileflimleri

83

Kendimizi S›nayal›m 1. Afla¤›daki gen etkileflimlerinden hangisinde fenotipine bakarak bireyin genotipi söylenebilir? a. Dominantl›k b. Ekspresiviti c. Epistazis d. Efl bask›nl›k e. Hiçbiri 2. Tavuklarda tüy renginin belirlenmesinde allel olmayan gen etkileflimleri ile iliflkili olarak AA ve Aa genotipinde beyaz renklilik oluflmaktad›r. aaBB ve aaBb genotiplerinde renklilik oluflmaktad›r. aabb genotipinde de beyazl›k olmaktad›r. ‹ki allel için heterozigot bireylerin çaprazlanmas›nda oluflacak yavrular›n fenotipik frekans› afla¤›dakilerden hangisidir? a. 15 beyaz, 1 renkli b. 13 beyaz, 3 renkli c. 12 beyaz, 4 renkli d. 9 beyaz, 7 renkli e. 5 beyaz, 11 renkli 3. Endülüs tavuk ›rk›nda B (siyah) ve b (beyaz) genleri heterozigot oldu¤unda mavi tüy rengi görülmektedir. F1 ler kendi aralar›nda melezlenince, F2 de beyaz tüylü yavrular›n frekans› kaçt›r? a. 0 b. 1/4 c. 2/4 d. 3/4 e. 1 4. ‹spanyol Cocker köpek ›rk›nda B geni siyah renklili¤i belirliyor ve çekini¤i b geni ise k›rm›z› renklili¤i belirliyor. Koyu renklili¤i S geni belirliyor ve çekinik alleli ise beyaz beneklili¤i belirliyor. Biri siyah, biri k›m›z›, biri siyah ve beyaz ve iki tane de k›rm›z› beyaz fenotipteki yavrular›n anne ve babalar›n›n genotipleri afla¤›dakilerden hangisidir? a. Baba bbss ve anne BBss b. Baba bbSs ve anne BBss c. Baba bbss ve anne BbSs d. Baba BbSs ve anne BBss e. Baba BbSs ve anne Bbss 5. Shorthorn s›¤›r ›rk›nda beyaz renkli ineklerde uterusun (döl yata¤›) gelifliminde bozukluklar olmaktad›r. Beyaz renkli düvelerde görülen bu kal›tsal hastal›k ile beyaz renklilik aras›ndaki genetik iliflki afla¤›daki gen etkileflimlerinin hangisinden kaynaklan›r? a. Resesif epistazis b. Pleitropi c. Penetrans d. Efl bask›nl›k e. Üstün bask›nl›k

6. Efl bask›n genlerden oluflan heterozigot iki bireyin birlefltirilmesi sonucu oluflacak o¤ul döllerdeki, genotip ve fenotip oran›n›n afla¤›dakilerden hangisi olmas› beklenir? Fenotip Oran› Genotip Oran› 1:1 a. 1:1 b. 3:1 3:1 c. 1:2:1 1:1 d. 1:2:1 3:1 e. 1:2:1 1:2:1 7. ‹rlanda Seterleri normalde k›rm›z› deri rengine sahiptir. Bununla beraber siyah deri renkli hayvanlara da rastlanmaktad›r. Deri rengine örne¤in A ve E gibi pek çok gen etki etmektedir. Dominant A alleli E lokusuna epistatik etki yapmakta, yani A allelinin varl›¤›nda daima k›rm›z› deri rengi ortaya ç›kmaktad›r. Ayn› zaman da E lokusundaki homozigot resesiflikte de (ee) k›rm›z› deri rengi ortaya ç›kmaktad›r. Di¤er genotiplerde siyah renklilik belirmektedir. ‹ki heterozigot hayvan›n melezlenmesiyle siyah yavru olma olas›l›¤› kaçt›r? a. 9 / 16 b. 3 / 16 c. 1 / 16 d. 13 / 16 e. 8 / 16 8. Beagle köpek ›rk›nda deri renginde alacal›¤›n çeflitlik göstermesi afla¤›daki gen etkileflimlerinden hangisine bir örnektir? a. Epistazis b. Ekspiresiviti c. Penetrans d. Eksik bask›nl›k e. Hipostazis 9. Allel genler birbirlerine afla¤›daki etkilerden hangisini yapmaz? a. Resesif etki b. Dominant etki c. Kodominant etki d. Eksik Dominant etki e. Epistatik etki 10. ‹ki ›rk melezlendi¤inde F1 generasyonunun fenotipik performans›n›n ebeveyn ›rklardan daha yüksek oluflu afla¤›dakilerden hangisi ile aç›klanabilir? a. Over dominans (üstün bask›nl›k) b. Süper enerji c. Hibridizasyon d. Homozigotluk e. Kodominans (efl bask›nl›k)

84

Temel Veteriner Genetik

Okuma Parças›

Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› 1. d 2. b 3. b 4. c 5. b

Kümülüs hücrelerinin al›nd›¤› verici anne (solda) ve tafl›y›c› anneyle klon yavrusu (sa¤da).

Klonlar Kulübünün Yeni Üyesi ABD’nin Teksas ve California Üniversiteleri Veterinerlik Fakültelerinden araflt›rmac›lar, ilk kez bir ev kedisinden ald›klar› hücrelerle bir klonu yaratmay› baflard›lar. Taeyoung Shin baflkanl›¤›ndaki ekip, önce erkek bir kedinin yanak içinden al›nan ve kültürde ço¤alt›lan fibroblast hücrelerin, metafaz kromozomlar› ç›kart›lm›fl bir yumurta hücresine nakli temeline dayanan baflar›s›z bir deneme gerçeklefltirmifl. Ayn› araflt›rmac›lar, daha sonra yetiflkin bir difli kediden ald›klar› kümülüs hücrelerini kültürleyerek ayn› flekilde genetik malzemesi ç›kart›lm›fl bir yumurta hücresine naklederek klonlanm›fl embriyolar elde etmifller. Tek bir deneyde, kümülüs hücrelerinden elde edilmifl üç embriyo klonuyla, fibroblast hücrelerden elde edilmifl iki embriyo klonu, difli bir kediye yerlefltirilmifl. 22 günlük bir geliflim sürecinin ard›ndan kedi hamile kalm›fl ve embriyo trasferinden 66 gün sonra klonlanm›fl yavru sezeryanla dünyaya gelmifl. Sa¤l›kl› ve normal oldu¤u belirlenen yavru ile, verici ve tafl›y›c› annelerden al›nan hücre örneklerinin incelenmesi, yavrunun kümülüs hücrelerinden klonland›¤›n› kesin biçimde ortaya koymufltur. Yavru, verici anneyle ayn› üç rengi tafl›makla birlikte, bu renklerin oluflturdu¤u desen çok renkli kedilerin ço¤unda görüldü¤ü gibi anneyle ayn› de¤il. Bunun nedeni çok renkli kedilerdeki pigmentasyon görüntüsünün yaln›zca genetik faktörlere de¤il, geliflimle ilgili de¤iflkenlere de ba¤l› olmas›. Ekip, kümülüs hücrelerinin sa¤lad›¤› etkili sonuca dikkat çekiyor. Kümülüs hücrelerinden elde edilen yaln›zca üç embriyo nakledildi¤i halde sonuç baflar›l› bir do¤um. Ancak ekip, raslant› olas›l›¤›n›n giderilmesi için yeni deneyler gerekti¤ine de iflaret ediyor. Kaynak: Nature, 21 fiubat 2002, Bilim ve Teknoloji Haberleri (2002) Bilim ve Teknik Dergisi, 412:8 (21 fiubat 2002, Nature)

6. e 7. b 8. b 9. e 10. a

Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Allel Gen Etkileflimleri” konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Epistazis” konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Allel Gen Etkileflimleri” konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Epistazis” konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Epistazis” konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Allel Gen Etkileflimleri” konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Epistazis” konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Allel Gen Etkileflimleri” konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Allel Gen Etkileflimleri” konusunu gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Allel Gen Etkileflimleri” konusunu gözden geçiriniz.

5. Ünite - Gen Etkileflimleri

85

S›ra Sizde Yan›t Anahtar›

Yararlan›lan Kaynaklar

S›ra Sizde 1 S›¤›rlarda FV sistemi. Bu durum insanlardaki MN sistemindeki belirlemeye benzer ya da ABO sistemindeki A ile B antijenlerini belirleyen genler aras›ndaki efl bask›n iliflkiye benzer. Bu örnekte F antijenini belirleyen gen ile V geni aras›ndaki iliflki efl bask›nl›k fleklindedir. Her iki genin etkisi de fenotipte görülür.

Griffiths, A.J.F., Gelbart,W.M.;Miller, J.H., Lewontin, R.C. (1998). Modern Genetic Analysis, (Firstedition). New York, USA: W.H. Freeman and Company. Klug, W.S.,Cummings, M.R. (1997). Concepts of Genetics, (Fifth edition). New Jersey, USA: Prentice Hall. Rothwell, N.V. (1993). Understanding Genetics: A Molecular Approach. New York, USA: WileyLiss, Inc. Russell, P.J. (1992). Genetics. (Third edition). New York, USA: Harper Collins Publishers. Russell, P.J. (2010). iGenetics. (Third edition).San Francisco, CA USA. Pearson Education Inc. Starr, C., Taggart, R.(2000). Biology: The Unity and Diversity of Life, (Ninth edition).Pasific Grove. CA, USA: Brooks/Cole.

S›ra Sizde 2 Pleitropi bir genin birden fazla karekteri belirlemesidir. Dolay›s›yla bu tip genetik iliflkilerdeki genleri iflaret gen olarak kullanmak olas›d›r. Yani bir kan grubu alleli ile herhangi bir hastal›¤a dayan›kl›k aras›nda iliflki varsa; kan grubunu iflaret gen olarak kullan›p o hastal›¤a karfl› dirençli hayvanlar› belirleyerek, hastal›¤a dayan›kl› sürüler elde edebiliriz. S›ra Sizde 3 Penetrans ile iliflkilidir. Bu hastal›¤›n penetrans› büyük cüsseli köpek ›rklar›nda daha fazlad›r. Örne¤in Alman Çoban köpekleri S›ra Sizde 4 Kedilerde “C” geni pigmentasyonu sa¤larken baflka bir lokusta “B” geni siyah renklili¤i bunun alleli “b” ise kahverenklili¤i belirlemektedir. “C” geninin alleli “c” geni genotipte homozigot olarak bulundu¤u zaman “B” ve “b” geninin etkilerini örterek kedilerin fenotipte beyaz renkli olarak görünmesine neden olur. S›ra Sizde 5 Koyunlarda “W” geni pigmentasyonu engelemektedir. Pigmentasyon bu genin alleli w geni homozigot oldu¤u zaman gerçekleflmektedir. Baflka bir lokusta bulunan “B” geni siyahl›¤›, onun çekinik alleli “b” ise kahverengili¤e neden olmaktad›r. Bu olayda “W” geninin bulundu¤u tüm genotipik birleflimlerde bu genin etkisine ba¤l› olarak di¤er genler üzerinde epistatik etki flekillenmekte ve koyunlar›n yapa¤›s› beyaz renkli olmaktad›r.

6

TEMEL VETER‹NER GENET‹K

Amaçlar›m›z

N N N

Bu üniteyi tamamlad›ktan sonra; Cinsiyetin memeli ve kanatl›larda nas›l belirlendi¤ini ve nas›l yönlendirildi¤ini aç›klayabilecek, Cinsiyete ba¤l› kal›t›m›n ne oldu¤unu, evcil hayvanlarda bu özelliklerden nas›l yararlan›ld›¤›n› söyleyebilecek, Cinsiyet ile ilgili kal›t›m ve cinsiyet ile s›n›rl› kal›t›m konular› ile ilgili kavramlar› tan›mlayarak hayvanlarda nas›l belirlendi¤ini ve aralar›ndaki farkl›l›klar›n neler olduklar›n› aç›klayabilecek ve bunlar›n kullan›lmas›na ait bilgi ve beceri kazanabileceksiniz.

Anahtar Kavramlar • • • •

Cinsiyetin belirmesi Sperm s›n›fland›r›lmas› X’e ba¤l› kal›t›m Y’ye ba¤l› kal›t›m

• Klinefelter sendromu • Turner sendromu • Oto sexing

‹çindekiler Temel Veteriner Genetik

Cinsiyet ve Kal›t›m

• • • • •

C‹NS‹YET‹N BEL‹RMES‹ C‹NS‹YET‹N YÖNLEND‹R‹LMES‹ C‹NS‹YETE BA⁄LI KALITIM C‹NS‹YET ‹LE ‹LG‹L‹ KALITIM C‹NS‹YET ‹LE SINIRLI KALITIM

Cinsiyet ve Kal›t›m C‹NS‹YET‹N BEL‹RMES‹ Ökaryotik hücrelerde kromozomlar, otozomal ve cinsiyet kromozomlar› olarak ayr›lmaktad›r. Otozomal kromozomlar›n üzerinde cinsiyet özellikleri ile ilgili baz› genler bulunmas›na karfl›l›k; cinsiyetin belirmesinde cinsiyet kromozomlar› etkilidir. Otozomal kromozomlar d›fl›nda iki adet cinsiyet kromozomu bulunmaktad›r. Memelilerde bu kromozomlar X ve Y kromozomlar› olarak tan›mlanmaktad›r. Diflilerde iki X kromozomu vard›r. Erkeklerde ise X ve Y kromozomlar› bulunmaktad›r. X kromozomu Y kromozomuna göre daha büyüktür ve daha fazla say›da gen bulundurmaktad›r. Y ve X kromozomlar›n›n üzerinde benzeflim gösteren küçük bir bölge vard›r. Bu bölgeler pseudoautosomal (yalanc› otozomal) bölgeler olarak adland›r›l›rlar. Yalanc› otozomal bölgeler her iki kromozomun da uç k›s›mlar›ndad›r ve sinapsis olay› bu k›s›mlarda olmaktad›r. Y kromozomunun bu bölgeleri d›fl›nda kalan k›s›m›nda X kromozomu üzerinde bulunan genler yoktur (fiekil 6.1). Y kromozomu erkekli¤in geliflimi ile ilgili anahtar genleri bulundurur. Y kromozomu yoksa diflilikle ilgili geliflmeler görülür. X kromozomunu tafl›yan spermatozoon (sperm hücresi) gene X kromozomunu tafl›yan ovum (yumurta) ile birleflirse do¤an yavru difli (XX) olacakt›r. E¤er spermatozoon Y kromozomunu tafl›yorsa bu sefer X kromozomunu tafl›yan ovum ile bu spermatozoon’un birleflmesi sonunda erkek (XY) yavru olacakt›r (fiekil 6.2.a).

Sinapsis: Hücre bölünmeleri s›ras›nda bafllang›çta kromozomlar›n karfl› karfl›ya gelip birleflmeleri

fiekil 6.1 1.Pseudoautosomal bölge

Erkeklik geni SRY Sentromerler

X kromozomunun farkl› bölgesi (X-ba¤l› genler)

X

2.Pseudoautosomal bölge

Y kromozomunun farkl› bölgesi (Y-ba¤l› genler)

Y

X ve Y kromozomlar› (introduction to genetic analysis, ninth edition 2008,W.H. Freeman and Company)

88

Temel Veteriner Genetik

Fertilizasyon: Erkek ve difli gametlerin bir araya gelmesi.

Kanatl›larda cinsiyetin belirmesi memelilerden farkl›d›r. Tamamen tersinedir. Kanatl›larda cinsiyet kromozomlar› farkl› harflerle Z ve W olarak isimlendirilir. Difliler Z ve W kromozomlar›n› erkekler ise iki adet Z kromozomunu (ZZ) bulundurmaktad›r. Z kromozomu aynen X kromozomunda oldu¤u gibi daha büyüktür. W kromozomu daha küçük ve mikrokromozom fleklindedir. Cinsiyet kromozomlar› profaz I’e kadar efl durumundad›rlar daha sonra anafaz I’de ayr›l›rlar. Yani memelilerin erkeklerinde ilk mayotik bölünmenin (ikincil spermatozoit) bir kromozomu X ve di¤eri de Y dir. ‹kinci mayotik bölünmede kromatidler iki spermatide X ve Y olarak ayr›l›r. Yani oluflan spermatozoon’lar›n %50’si X ve %50’si de Y kromozomu tafl›maktad›r. Difli gametlerin hepsi X kromozomu tafl›maktad›r. Fertilizasyon s›ras›nda ovum’un X ya da Y tafl›yan spermatozoon’lardan biri ile eflleflmesi, eflit flansa sahiptir. Yani zigot karyotipinde otozomal kromozomlara ek olarak ya XX (difli) ya da XY(erkek) fleklinde oluflum eflittir. Memelilerde difliler sadece tek bir cinsiyet kromozomu yani X kromozomunu bulunduran gamet hücrelerinden olufltu¤u için homogametik, erkekler ise iki farkl› yani X ve Y cinsiyet kromozomu tafl›yan gametlerden olufltu¤u için heterogametiktir. Erkek difli oran› bire birdir. Erkek X kromozomunu annesinden al›r ve yaln›z k›z›na aktar›r. Kanatl›larda bu anlat›lan olay tamamen tersine yani Z kromozomuna ba¤l› olarak flekillenmektedir. Kanatl›larda erkek homogametik (ZZ), difli heterogametiktir (ZW). Kanatl›larda Z kromozomunu tafl›yan yumurta gene Z kromozomunu tafl›yan spermatozoon ile birleflirse erkek (ZZ), W kromozomunu tafl›yan yumurta ile Z kromozomunu tafl›yan spermatozoon birleflirse difli (ZW) yavru olacakt›r (fiekil 6.2.b).

fiekil 6.2 Memelilerde (a) ve kanatl›larda (b) cinsiyetin belirmesi.

Sperm

DxE

X

XX XY

D X XX Yumurta X

D

XX 1:1 a

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

1

Y

Sperm

DxE

Z

ZW ZZ

E

Z Yumurta

E

W

XY XY

Z

E

E

ZZ

ZZ

D

ZW

D

ZW

1:1 b

S‹ZDE cinsiyetin belirmesinde etken olan cinsiyet nedir? MemelilerdeSIRA yavrunun

Embriyonal geliflmenin ilk aflamalar›nda cinsiyetin d›fl görünümü ile ilgili geliflD Ü fi Ü N E L ‹ M meler olmaz. Bu süreçte gonadlar yumurtal›k ya da testislere dönüflüm aflamas›ndad›r. Bu durumun gelece¤i hangi hormonun etkili oldu¤una ba¤l› olarak de¤iflO R U mektedir. BuS aflamalarda Y kromozomu anahtar rolü oynar ve onun varl›¤›nda gonadlar testislere, yoklu¤unda ise yumurtal›¤a dönüflür. Yeni oluflan testisler, testesteron ve di¤er hormonlar›n› üretmeye bafllarlar. Bu hormonlar erkek üreD ‹ Kcinsiyet KAT me sisteminin geliflmesi için önemlidir. Buna karfl›t olarak XX fetusda yeni oluflmaya bafllayan yumurtal›klar, östrojen gibi farkl› cinsiyet hormonlar› üretmeye bafllarSIRA S‹ZDE lar. Östrojen difli cinsiyet özelliklerinin geliflmesi için önemlidir. Erkek cinsiyetinin belirlenmesinde temel gen SRY (Y kromozomu üzerinde cinsiyet belirleme geni) dir. Diflilerde bu gen bulunmamaktad›r. Fareler üzerinde yaAMAÇLARIMIZ

N N

K ‹ T A P

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

TELEV‹ZYON

89

6. Ünite - Cinsiyet ve Kal›t›m

p›lan çal›flmalarda bu genin testisler geliflmeye bafllad›¤› zamanda etkinli¤ini gösterdi¤i belirlenmifltir. SRY gen ürünleri erkek cinsiyetinin belirlenmesinde gerekli reaksiyon basamaklar›n›n bafllamas›n› düzenlemektedir. Cinsiyet belirlenirken baz› durumlarda normalde olmas› gerekenden farkl› genotipler de olabilmektedir. Bu flekilde farkl›laflm›fl genotiplerde, fenotipik olarak cinsiyet ile ilgili özellikler normal olarak flekillenmez. Baz› durumlarda bu hayvanlar›n d›fl görüntüleri normal olarak flekillense bile östrüs döngüleri ya düzenli de¤ildir ya da hiç yoktur. Bazen de cinsiyet organlar› ya yoktur ya da normal boyutlar›ndan küçüktür. Böyle genotiplerde ovaryumlarda folliküler geliflim de olmayabilir. Baz› durumlarda anatomik olarak erkek ve difli cinsiyet organlar› ayn› bireyde olabilmektedir. Bu gibi durumlarda k›s›rl›k ve dölveriminde azalmalar flekillenmektedir. Spermatogenezis ya da oogenezis s›ras›nda cinsiyet kromozomlar›n›n kardefl hücrelere az ya da daha fazla olarak da¤›lmas› sonucunda (kromozomal sapmalarla) oluflan gametlerdeki cinsiyet kromozomlar› da olmas› gerekenden farkl› say›larda olacakt›r. Bu olaya ba¤l› olarak XXXX, XXX, XYY, XXY, XO, YO (“O” cinsiyet kromozomu yok anlam›ndad›r) fleklinde XX ve XY genotiplerinden farkl› de¤iflik genotipler oluflmaktad›r. Oogenez s›ras›nda birinci mayoz bölünme aflamas›nda cinsiyet kromozomlar›n›n ayr›lmamas›na ba¤l› olarak, sonuçta normal olarak tek X kromozomu tafl›yan dört olas› gamet yerine iki tane XX kromozumu tafl›yan ve iki tane de cinsiyet kromozomu tafl›mayan difli gametler oluflacakt›r (fiekil 6.3). fiekil 6.3

X

Oogenez s›ras›nda birinci mayoz bölünme aflamas›nda, cinsiyet kromozomlar›n›n ayr›lmamas›.

X

Mayoz I

Mayoz II

XX

XX

Gametler

0

0

E¤er oogenez s›ras›nda cinsiyet kromozomlar›n›n ayr›lmama durumlar› ikinci mayoz bölünme s›ras›nda gerçekleflirse iki tane normal tek X kromozomu tafl›yan hücrelerin yan›nda bir tane iki X tafl›yan (XX) ve bir tane de cinsiyet kromozomu tafl›mayan anormal gamet hücreleri oluflacakt›r (fiekil 6.4).

90

Temel Veteriner Genetik

fiekil 6.4 Oogenez s›ras›nda cinsiyet kromozomlar›n›n ikinci mayoz bölünme s›ras›nda ayr›lmama durumlar›

X

X

Mayoz I

Mayoz II

XX

0

X

X

Gametler

Ayn› durum spermatogenez s›ras›nda cinsiyet kromozomlar›n›n birinci mayoz bölünme s›ras›nda ayr›lmamas›na ba¤l› olarak normalde bir cinsiyet kromozomu tafl›yan dört gamet olmas› gerekirken iki tane X ve Y kromozumunu birlikte tafl›yan erkek gamet hücresinin yan›nda iki tane de cinsiyet kromozomu tafl›mayan erkek gamet hücreleri oluflacakt›r (fiekil 6.5). fiekil 6.5 Spermatogenez s›ras›nda cinsiyet kromozomlar›n›n birinci mayoz bölünme s›ras›nda ayr›lmamas›

X

Y

Mayoz I

Mayoz II

XY

XY

Gametler

0

0

E¤er erkek cinsiyet kromozomlar›n›n ayr›lmama durumu ikinci mayoz bölünme s›ras›nda gerçekleflirse bu durumda iki tane Y kromozomu tafl›yan normal erkek gamet hücresinin yan›nda bir cinsiyet kromozomu tafl›mayan, bir de iki X kromozomu tafl›yan erkek gamet hücreleri oluflacakt›r (fiekil 6.6).

91

6. Ünite - Cinsiyet ve Kal›t›m

fiekil 6.6

X

Spermatogenez s›ras›nda cinsiyet kromozomlar›n›n ikinci mayoz bölünme s›ras›nda ayr›lmamas›.

Y

Mayoz I

Mayoz II

XX

0

Y

Gametler

Y

fiekil 6.7 Normal Olmayan Cinsiyet Oluflumlar› (fiekil Nuket Bilgen).

Normal Sinapsis

Ayr›lma Anafaz I

Abnormal

A X

X

X

XX

Y

Y

X

XY

Gametler

B YY

O Metafaz II Ayr›lma yok Anafaz II

C XY

Fertilizasyon

YY

X

XYY

O

X

XO Turner

Fare,Rat Kedi,Domuz,At

XY

X

XXY Klinefelter

O

X

XO Turner

X

X

X

XX

X

X

Y

XY

Abnormal O Sinapsis Ayr›lma yok Anafaz I

Normal

Sinapsis

D

Ayr›lma Anafaz I

XX

Abnormal Sinapsis Ayr›lma yok Anafaz I

O

XX X

XXX

XX Y

XXY Klinefelter

O X

XO Turner

O

Y

YO Abort

92

Temel Veteriner Genetik

E¤er bu gamet hücrelerinden iki Y kromozomu tafl›yan spermatozoon normal olarak tek bir X tafl›yan ovum ile birleflirse XYY genotipinde k›s›r erkek olacakt›r. Gene cinsiyet kromozomu tafl›mayan bir spermatozooit X tafl›yan yumurta ile birleflirse XO genotipinde Turner sendromlu k›s›r bir difli olacakt›r. Turner sendromu ayn› zamanda cinsiyet kromozomu tafl›mayan bir difli gamet hücresi ve X kromozomu tafl›yan bir erkek gamet hücresinin birleflmesi ile de meydana gelmektedir. XY kromozomlar›n› tafl›yan bir erkek gamet hücresi ile X kromozomu tafl›yan bir difli gamet hücresi birleflti¤i zaman XXY genotipinde Klinefelter sendomu olarak adland›r›lan k›s›r erkek hastalar oluflmaktad›r. Klinefelter sendromu ayn› zamanda XX kromozomlu bir difli gamet hücresi ile Y kromozomu tafl›yan bir erkek gamet hücresinin birleflmesi sonucunda da olmaktad›r. XX kromozomu tafl›yan bir difli gamet hücresi X kromozomu tafl›yan bir erkek gamet hücresi ile birleflti¤i zaman XXX genotipinde k›s›r difli oluflmaktad›r. Gene Y kromozomu tafl›yan bir erkek gamet hücresi cinsiyet kromozomu tafl›mayan bir difli gamet hücresi ile birleflirse YO genotipine sahip olmaktad›r. Bu flekilde genotipe sahip hayvanlarda düflük (abort) oluflmaktad›r (fiekil 6.7). Burada Y kromozomunun tek bafl›na olmas› yaflama gücünü olumsuz etkilemektedir.

C‹NS‹YET‹N YÖNLEND‹R‹LMES‹

Flow cytometry: Hücre ve kromozom gibi mikroskobik parçac›klar›n tan›mlanmas› ve say›lmas› amac›yla kullan›lan laser ve elektirik donan›ml› bir alet.

Hayvan yetifltircili¤i yaparken, yap›lan yetifltiricili¤e ba¤l› olarak, populasyonda ya erkek ya da difli hayvanlar›n daha yo¤un olarak kullan›lmas› baz› verimlerin daha fazla al›nmas›na neden olmaktad›r. Örne¤in s›¤›r yetifltiricili¤inde e¤er et verimi yönünden bir yetifltiricilik yap›l›yorsa o zaman tercih edilen cinsiyet erkek hayvand›r. E¤er süt amaçl› bir yetifltiricilik yap›l›yorsa sürüde olmas› istenilen hayvanlar diflidir. Benzer olarak bunu di¤er hayvan türleri için de örnekleyebiliriz. Bunlara ba¤l› olarak yetifltirme sistemine göre cinsiyetin yönlendirilmesi yetifltirici için ekonomik bir kazanç sa¤layacakt›r. ‹stedi¤i cinsiyete sahip olan yetifltirici daha fazla et ya da daha fazla süt elde edecek ve ekonomik aç›dan kazançl› ç›kacakt›r. Cinsiyetin yönlendirilmesi ile ilgili çal›flmalar özellikle spermin X veya Y kromozomu tafl›y›p tafl›mad›¤›na ba¤l› olarak yap›lan uygulamalara yönelmifltir. Bu çal›flmalardan baz›lar› spermin santrüfüjle çöktürülmesi, elektroforezinin yap›lmas› fleklinde oldu¤u gibi semen üzerinde baz› hormon ve kimyasallar›n uygulanmas› fleklinde de olmufltur. Ayn› zamanda difli cinsiyet organlar›na farkl› atmosfer bas›nc› ve farkl› Ph’lar›n uygulanmas› gibi de¤iflik metodlar da kullan›lm›flt›r. X tafl›yan spermatozoon’un belirlenmesi ve yapay tohumlamada kullan›lmas› yavrunun difli olmas›n› sa¤layaca¤› gibi Y tafl›yan spermatozoon’un kullan›lmas› ile yavru erkek olacakt›r. Yap›lan çal›flmalar bu bilgi do¤rultusunda X ve Y kromozomu tafl›yan spermlerin belirlenmesine yönelik çal›flmalara yo¤unlaflm›flt›r. Bu kromozomlar farkl› DNA miktarlar›na sahiptirler. X kromozomu Y kromozomundan daha büyüktür dolay›s›syla X kromozomu tafl›yan spermde daha fazla DNA bulunmaktad›r. X kromozomu tafl›yan spermde bu farkl›l›k koyun türünde % 4.1, at türünde % 4.0 ve s›¤›r türünde ise % 3.8 dir. Özel bir boya ve flow cytometry (ak›m sitometri) kullan›larak bu farkl›l›¤› belirlemek olas›d›r (fiekil 6.8). Bu yöntemle % 90 civar›nda bir do¤rulukla elde edilen spermler çok daha fazla bir fiyatla flat›fla sunulmaktad›r.

93

6. Ünite - Cinsiyet ve Kal›t›m

fiekil 6.8

Sperm s›n›fland›rmas›

Bilgisayardan damla yükleyicisine

Flow Cytometry (ak›m sitometri) ile Sperm S›n›fland›r›lmas›.

6 1 2

Bilgisayara 5

3

Laser 4

Taray›c›

+

7 -

_ + +

Y s›n›fland›r›lmam›fl X

8

C‹NS‹YETE BA⁄LI KALITIM Hayvanlarda yüzlerce gen bulunur. Bununla birlikte kromozom say›lar› bu gen say›lar› ile ayn› de¤ildir. Dolay›s›yla bir kromozom üzerinde çok say›da gen bulunmaktad›r. Ayn› kromozom üzerinde bulunan genlere ba¤l› ya da birleflik genler denir. Bu genler ayn› kromozom üzerinde oldu¤u için ayn› gamete -krossing over d›fl›nda- birlikte geçerler. Bu genlerin belirledikleri özellikler de birlikte ayn› birey üzerinde görülür. Cinsiyet kromozomlar› üzerinde de birçok gen bulunmaktad›r. Cinsiyet kromozomlar› üzerinde bulunan genler taraf›ndan fenotipte oluflturulan karakterlerin kal›t›m›na cinsiyete ba¤l› kal›t›m denir. Bu memeliler için X ve Y kromozomu üzerinde bulunan genlerdir. Kanatl›lar için bu genler daha farkl› olarak Z ve W kromozomunda bulunan genlerdir. Cinsiyete ba¤l› kal›t›m daha önceki konularda bahsedildi¤i gibi gerçek bir bilefliklik de¤ildir, daha çok cinsiyet ile iliflkilidir. Cinsiyete ba¤l› kal›t›m özgün bir birleflim oluflmas›na neden olur. Örne¤in memelilerin erkeklerinde tek bir X kromozomu oldu¤undan anneden X kromozomuna ba¤l› olarak ilgili genin tek bir allelini al›r. Tek bir allel söz konusu oldu¤undan genler aras›nda bir etkileflim ya da maskeleme olay› söz konusu de¤ildir. Buna ba¤l› olarak bir bask›nl›k ve çekiniklik görülmez. Bu yüzden erkeklerde çekinik genler de tek allel olduklar›ndan fenotipte etkilerini do¤rudan gösterirler. Erkekler diflilere göre X’e ba¤l› çekinik genlerin oluflturdu¤u kal›tsal hastal›klardan

94

Temel Veteriner Genetik

daha çok etkilenirler. Memelilerde erkek cinsiyet için söz konusu olan bu durum kanatl›larda difli cinsiyet için geçerlidir. X kromozomu memelilerde difli cinsiyette çift olarak bulundu¤undan gen etkileflimleri ve dolay›s›yla çekinik ve bask›n genler söz konusu olacakt›r. X’e ba¤l› çekinik gen örneklerinden biri insanlarda oldu¤u gibi at, köpek, domuz gibi hayvanlarda da görülen hemofili A hastal›¤›d›r. Bu hastal›k normal kan p›ht›laflmas› için gerekli olan anti-hemofilik globulin’in eksikli¤inden oluflmaktad›r. Normal bir memeli erkek hayvan bu hastal›k için XNY genotipindedir (burada N normal p›ht›laflmay› simgelemektedir). Bu hastal›¤› bir X kromozomunda tafl›yan bir difli ise XNXH genotipindedir (burada H hemofili hastal›¤›n› simgelemektedir) ve hemofiliyi belirleyen gen çekinik oldu¤u için di¤er gen taraf›ndan bask›lanacak ve etkisi örtülecektir. Bu difli normalde hastal›¤›n belirtisini göstermemesine karfl›n hemofili hastal›¤›n› belirleyen geni çekinik olarak tafl›maktad›r. Bu iki hayvan›n çiftlefltirildi¤ini var sayarsak do¤an yavrular›n diflilerin yar›s› tafl›y›c› yani hastal›¤› fenotipik olarak göstermeyen ama hastal›kla ilgili geni tafl›yan; yar›s› da normal yani hastal›¤› belirleyen geni tafl›mayan yavrular olacakt›r. Erkek yavrular›n yar›s› ise hemofili hastas› olurken di¤er yar›s› ise normal olacakt›r. Hasta olan yavrulara bu genler annelerinden aktar›lmaktad›r (fiekil 6. 9). fiekil 6.9 Hemofili hastal›¤›n› tafl›yan bir difli hayvan ile bu hastal›¤› tafl›mayan normal bir erkek hayvan›n çiftleflmesi sonucu F1 deki fenotipik ve genotipik yavru birleflimleri.

D

XN XH

Sperm

E

XN

XNY

XN

yumurta XH

D

XN XN

normal

Y

E

XN Y

normal

D

E

XH XN

XH Y

tafl›y›c›

hasta

Cinsiyete ba¤l› kal›t›m ile ilgili olarak farkl› genotiplere sahip olan hayvanlar aras›nda yap›lan çiftleflmelere ba¤l› olarak farkl› fenotipik birleflimler oluflmaktad›r. Hemofili örne¤inden devam ederek bu hastal›k at türünde örneklenecek olunursa farkl› çiftleflme birleflimlerinde afla¤›da anlat›laca¤› gibi farkl› fenotipik yans›malar olacakt›r. E¤er hemofilili bir ayg›rla, normal yani hemofili olmayan bir k›srak birleflirse do¤an difli taylar›n hepsi tafl›y›c› olurken erkek taylar normal olacakt›r. E¤er tafl›y›c› bir k›srak normal bir ayg›r ile birleflirse difli yavrular›n yar›s› tafl›y›c› yar›s› normal olurken, erkek yavrular›n yar›s› hemofili di¤er yar›s› da normal olacakt›r. Bir baflka olas›l›k ise, tafl›y›c› bir k›srak ile hastal›kl› bir ayg›r birleflirse do¤an taylardan diflilerin yar›s› tafl›y›c› di¤er yar›s› ise hemofili olacakt›r. Bu durumda oldu¤u gibi her iki X kromozomunda çekinik genin bir araya gelmesi ve homozigot çekinik genlerin etkisinin fenotipe yans›mas›yla diflilerin de hemofili olmalar› ile sonuçlanacakt›r. Tüm bunlara karfl›n hastal›¤›n görülme olas›l›¤› difliler için çok düflüktür. Çok düflük de olsa bir baflka olas›l›k da hemofili bir k›srak normal yani hemofili olmayan bir ayg›r ile birleflirse do¤an taylarda difliler tafl›y›c›, erkekler ise hemofilili olacakt›r (fiekil 6.10).

95

6. Ünite - Cinsiyet ve Kal›t›m

fiekil 6.10 Normal difli

Hasta erkek

Atlarda X’e ba¤l› olan hemofili hastal›¤›n›n farkl› çiftleflme birleflimlerimdeki kal›t›m iflleyiflleri

XNXN XHY

Tafl›y›c› difli

Normal erkek Normal erkek

XNXH XNY

Normal difli XNXN

Tafl›y›c› difli XNXH

Tafl›y›c› difli

XNXH

Tafl›y›c› difli XNXH

Normal erkek XNY

XNY

Normal erkek XNY

Hasta erkek

Hasta erkek XHY

Hasta difli

XHY

Hasta erkek XHY

Normal erkek

XHXH XNY

Hasta difli XHXH

Tafl›y›c› difli XNXH

Hasta erkek XHY

S›¤›rlarda X’e ba¤l› çekinik genden kaynaklanan kal›tsal hastal›klara örnek olarak “anhidrotic ectodermal dysplasia” denilen ayak problemleri ile birlikte seyreden k›ls›zl›k oluflumu da bir baflka örnek olarak gösterilebilir. X kromozomu üzerinde bask›n genlerin oluflturdu¤u kal›tsal hastal›klar ço¤u durumlarda erkek hayvanlar için ölümcüldür. Örne¤in, Holfltayn s›¤›r ›rk›nda görülen ve X’e ba¤l› bask›n bir genden kaynaklanan Çizgili k›ls›zl›k hastal›¤› hayvan›n yan taraflar›nda k›ls›zl›klar›n oluflumuna sebep olmakta ve bu alleli tafl›yan erkekler uterusta ölmektedirler. X kromozomu üzerinde cinsiyete ba¤l› kal›t›mla ilgili olarak bir örnek de kedi türü ile ilgilidir. Bu örnekte X kromozomu üzerinde bulunan genler aras›nda iliflki efl bask›n bir iliflkidir. Kedilerde X kromozomu üzerinde bulunan genlerden biri siyah pigmentasyonu bir baflka gen ise turuncu pigmentasyonu belirlemektedir. Difli kedilerde iki X kromozomu bulundu¤undan bu genler karfl›l›kl› lokuslarda bir araya gelecek ve genler aras›nda eflbask›nl›k oldu¤undan diflilerde hem siyah renklilik hem de turuncu renklilik birlikte görülecektir. Böyle iki rengi üzerinde bulunduran kedilere calico kedi (Foto¤raf 6.1) ad› verilmektedir. Bu iki gen Y kromozomu üzerinde bulunmad›¤›ndan erkeklerde (XY) bir araya gelemeyeceklerdir. Dolay›s›yla normal bir da¤›l›mda erkek kedilerin calico olma özellikleri yoktur. fiekil 6.11’de calico, turuncu ve siyah renkli kedilerin farkl› çiftleflme birleflimlerinde F1’de (birinci yavru döl) hangi fenotiplerin oluflaca¤› gösterilmifltir. Siyah ve turuncu kedilerin kendi aralar›nda (yani siyah difli ile siyah erkek ve turuncu erkek ile turuncu difli) çiftleflmesiyle tüm yavrular kendi renklerinde olurken, siyah renkli erkekle turuncu renkli difli kedi çiftleflince erkek yavrular turuncu renkli, difli yavrular calico olmaktad›r. Turuncu renkli erkek kedi ile siyah renkli difli kedi çiftleflirse erkek yavrular siyah renkli, difli yavrular calico olmaktad›r. Calico difliler siyah renkli erkek kedilerle birleflince erkek yavrular›n yar›s› siyah renkli yar›s›, turuncu renkli olurken diflilerin yar›s› calico, yar›s› ise siyah renkli olma olas›l›¤›nda-

96

Temel Veteriner Genetik

d›r. E¤er turuncu renkli erkek kedi calico difli ile birleflirse erkeklerin yar›s› turuncu renkli yar›s› siyah renkli olurken difli yavrular›n yar›s› turuncu yar›s› da calico renkli olma olas›l›¤›ndad›r. Resim 6.1 Calico Kedi. (Foto¤raf: Okan Ertu¤rul)

fiekil 6.11 X kromozomlar› üzerinde bulunan don renklerinin farkl› çiftleflme birleflimlerimdeki kal›t›m iflleyiflleri (fiekil: Nuket B‹LGEN).

XBY XBXB Siyah renkli Siyah renkli

XBY Siyah renkli

XbY XbXb Turuncu renkli Turuncu renkli

XBXB Siyah renkli

XbY Turuncu renkli

XbXb Turuncu renkli

XBY XbXb Siyah renkli Turuncu renkli

XbY Turuncu renkli

XBXb Calico

XbY XBXB Turuncu renkli Siyah renkli

XBY Siyah renkli XBY Siyah renkli

XBXb Calico

XBY XBXB XbY XBXb Siyah renkli Siyah renkli Turuncu renkli Calico

XBXb Calico XbY Turuncu renkli

XBXb Calico

XbY XbXb XBY XBXb Turuncu renkli Turuncu renkli Siyah renkli Calico

97

6. Ünite - Cinsiyet ve Kal›t›m

Cinsiyete ba¤l› kal›t›m tavuk yetifltiricili¤inde faydal› bir flekilde kullan›labilir. Kuluçkadan ç›kan civcivlerin cinsiyetlerin belirlenmesi tavuk yetifltiricili¤inde önemlidir. Fenotipik olarak cinsiyet belirlenmesi zor oldu¤undan farkl› yöntemler, örne¤in cinsiyete ba¤l› kal›t›m olaylar›ndan yararlanarak yap›lan uygulamalar, baflar›l› olmaktad›r. Kanatl›larda Z kromozomu üzerindeki genler aynen X kromozumuna ba¤l› genler gibidirler. Daha öncede bahsedildi¤i gibi memelilerdekinden farkl› olarak bu sefer hemizigoziti difliler için söz konusudur. Z kromozomuna ba¤l› genler için homozigot çekinik karekteri tafl›yan erkek kanatl›lar›n tüm k›zlar› çekinik geni üzerinde bulundurur. Bask›n geni tek Z kromozumunda tafl›yan difli kanatl›lar›n, çekinik geni homozigot olarak tafl›yan erkek kanatl›lar ile yap›lan çiftlefltirme programlar›nda difli yavrular çekinik geni tafl›d›klar›ndan erkek yavrularda heterozigot olarak bask›n genin etkisi görülür ve cinsiyet ayr›m› kolayl›kla yap›labilir. Bu bir oto sexing olay›d›r. Yani cinsiyetin bir anlamda otomatik olarak d›fltan bakmayla belirlenmesidir (fiekil 6.12).

Hemizigoziti: Bir genin allellinin bulunmamas› durumudur. Memelilerde X kromozomu üzerindeki bir genin Y kromozomunda, kanatl›larda ise Z kromozomunda bulunan bir allelin W kromozomunda bulunmamas› gibi.

Oto sexing: Otomatik olarak cinsiyetin belirlenmesi. Z kromozomu üzerinde tafl›nan renk gibi baz› özelliklerden yararlanarak cinsiyetin belirlenmesi olay›d›r.

fiekil 6.12 Kanatl›larda cinsiyet kromozomlar› üzerinde bulunan renk genleri ile oto sexing (fiekil: Nüket Bilgen) Alt›n Renk Hatt›

Gümüfl Renk Hatt›

Zs Zs

ZsW Zs+Zs+

Zs+Zs+

Zs+W

Zs+Zs+

Zs+W

ZsW

Zs Zs ZsW Tüm döller gümüfl renkli

Tüm döller alt›n renkli Zs+W Zs Zs+ Alt›n renkli Gümüfl renkli S:Gümüfl renklilik alleli.Pheaomelanin üretimini engeller. S+:Alt›n renklilik alleli.Eumelaninlerin ve pheomelanin üretimini sa¤lar. S>S+

SIRA S‹ZDE Oto sexing olay›n›n tavuk yetifltiricili¤inde ne gibi faydalar› olacakt›r?

Erkek kedilerin Calico olma olas›l›klar› varm›d›r?

2

D Ü fi Ü N E L ‹ M SIRA S‹ZDE S O R U rengi ile ilgili D Ü fi Ü N E L ‹ M

Kanatl›larda cinsiyet ayr›m› Z kromozumu üzerinde kanat genlerden yararlan›larak yap›labildi¤i gibi kanat ve kuyruk ucu teleklerinin erken veya geç c›kmas›n› sa¤layan genlerin de bu kromozom üzerinde oldu¤undan bu telekD‹KKAT S O R U lerin erken ya da geç geliflmelerine bak›larak da yap›labilmektedir. Y kromozomu üzerinde bulunan genlerin oluflturdu¤u kal›t›msal duruma ayn› SIRA S‹ZDE zamanda holoandrik kal›t›m da denilmektedir. Y kromozomu sadece D ‹ K K A T erkek cinsiyet de oldu¤u için bu özellikler sadece erkeklerde görülür. Y kromozomu küçük AMAÇLARIMIZ SIRA S‹ZDE

K ‹ T A P AMAÇLARIMIZ

3

N N N N

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M SIRA S‹ZDE S O R U D Ü fi Ü N E L ‹ M D‹KKAT S O R U

SIRA S‹ZDE D‹KKAT AMAÇLARIMIZ SIRA S‹ZDE

K ‹ T A P AMAÇLARIMIZ

98

Temel Veteriner Genetik

bir kromozom oldu¤undan çok az say›da gen bulundurmaktad›r. Bu genler de özellikle birincil erkek özelliklerini belirleyen fenotipik aç›dan önemli genlerdir.

C‹NS‹YET ‹LE ‹LG‹L‹ KALITIM Hayvanlarda baz› özellikler ayn› genotipte olmalar›na karfl›n farkl› cinsiyetlerde farkl› flekillerde fenotipe yans›yabilmektedir. Bununla iliflkili tipik bir örnek Ayrshire s›¤›r ›rk›nda görülen don rengi (deri ve k›l örtüsünün rengi) verilebilir. Bu ›rkta mahogoni beyazl›¤› belirleyen bir M geni ve k›rm›z› beyazl›¤› belirleyen baflka bir gen m geni bulunmaktad›r. Mahogoni beyaz bir inek (MM) ile k›rm›z› beyaz bir bo¤an›n (mm) çiftleflmesi sonucunda heterozigot yani Mm genotipinde yavrular›n erkeklerin mahogoni beyaz, diflilerin ise k›rm›z› beyaz don rengine sahip oldu¤u görülecektir. Ayn› genotipte olmalar›na karfl›n ayn› özellik farkl› cinsiyetlerde farkl› olarak belirmektedir. Birinci yavru döller (F 1) kendi aralar›nda çiftlefltirilince ikinci yavru döllerin erkeklerinde (F2) 3 mahogoni beyaz, 1 k›rm›z› beyaz fleklinde da¤›l›m ortaya ç›karken; diflilerinde 3 k›rm›z› beyaz, 1 mahogoni beyaz fleklinde bir da¤›l›m ortaya ç›kacakt›r (fiekil 6.13). fiekil 6.13 Cinsiyet ile ilgili kal›t›ma Ayrshire s›¤›r ›rk› ile ilgili örnek (flekil Nüket Bilgen)

Mohagony

P1

K›rm›z›

X MM

mm

K›rm›z›

Mohagony

Mm

Mm

F1

MM

F2

Mm

Mm

mm

3 Mohagony 1 K›rm›z›

3 K›rm›z› 1 Mohagony mm

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

4

Mm

Mm

MM

SIRA S‹ZDE Yukar›da anlat›lan örnekten yararlanarak Ayshire s›¤›r ›rk›nda F2 dölerdeki bu da¤›l›m›n nedenlerini aç›klay›n›z. D Ü fi Ü N E L ‹ M

Bir baflka örnek koyun türü ile ilgili verilebilir. Koyunlarda boynuzsuzluk bir gen taraf›ndan “H” belirlenmektedir. Bunun alleli olan “h” geni ise boynuzlulu¤u S O RDorset U belirlemektedir. boynuzlu koçlar (hh) ile Suffolk boynuzsuz (HH) koyun-

D‹KKAT

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

AMAÇLARIMIZ

99

6. Ünite - Cinsiyet ve Kal›t›m

lar›n çiftleflmesi ile oluflan heterozigot (Hh) genotipde yavrular›n erkekleri boynuzlu, diflileri ise boynuzsuz olmaktad›r. Ayn› birleflme efl de¤ifltirerek yap›lacak olursa yani Suffolk boynuzsuz (HH) koçlar ile Dorset boynuzlu koyunlar (hh) çiftlefltirilecek olursa yine heterozigot (Hh) genotipde yavrular›n erkekleri boynuzlu diflileri ise boynuzsuz olmaktad›r. Bu durum cinsiyete ba¤l› bir kal›t›m de¤ildir. E¤er cinsiyete ba¤l› olsayd› Dorset boynuzlu koç ile ile Suffolk boynuzsuz koyun çiftleflince difliler boynuzsuz, erkekler boynuzlu olurken efl de¤ifltirerek yap›lan çiftleflmede yani Suffolk boynuzsuz bir koç ile Dorset boynuzlu bir koyunun çiftleflmesi sonucunda hem erkek hemde difli yavrular boynuzsuz olacakt›r (fiekil 6.14). fiekil 6.14

P

P

X Dorset Boynuzlu hh

Suffolk Boynuzsuz HH

X Dorset Boynuzlu hh

Suffolk Boynuzsuz HH

Boynuzsuz Hh

Cinsiyet etkisinde kal›t›m ile ilgili olarak Dorset ve Suffolk koyun ›rklar›na ait örnek (fiekil Nüket Bilgen).

Boynuzsuz Hh

F1

F1 Boynuzlu Hh

Boynuzlu Hh

E¤er Cinsiyete Ba¤l› Olsayd›

P

P

X Dorset Boynuzlu XhY XHY

Suffolk Boynuzsuz XHXH

X

Suffolk Boynuzsuz XHY

Dorset Boynuzlu XhXh

XhY

F1 XHYh

XHXh

Cinsiyet etkisinde kal›t›m olarak da adland›rabilen bu konu ile ilgili baflka örnekler de vard›r. Tavuk türünün erkekleri diflilere göre daha gösteriflli bir tüy yap›s›na sahiptir. Bu olay horoz tüylülük olarak adland›r›l›r. S›¤›rlarda pigmentasyon diflilere göre daha koyudur. Koyun türünde ise boynuz yap›s› erkeklerde daha spiral ve güçlü görünümdedir. Bu durum hormonal farkl›l›klardan olmakta ve erkek hormonuna ba¤l› olarak geliflmektedir. E¤er erken yafllarda erkek hayvanlarda kastrasyon yap›l›rsa cinsiyet etkisinde kal›t›m›n gerçekleflmedi¤i görülecektir. Bu flekilde yap›lan kastrasyonla erkek hormon üretimi olmayacak ve etkisi fenotipe yans›mayacakt›r.

Kastrasyon: Erkek hayvan›n cinsiyet organ›n ameliyat ile al›n›p k›s›r hale getirilmesi.

100

Temel Veteriner Genetik

C‹NS‹YET ‹LE SINIRLI KALITIM

Cryptorchidism: Testis torbas›nda testislerin tek veya çift tarafl› olarak bulunmamas› SIRA S‹ZDEdurumudur.

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT Servis periyodu: Servis periyodu bir ine¤in do¤um yapt›ktan sonra bafllay›p SIRA S‹ZDE gebe kal›ncaya kadarki geçen süredir.

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

Cinsiyet kromozomlar› üzerinde olmay›p otozomal kromozomlar üzerinde bulunan genlerin belirlenmesinden sorumlu olduklar› karekterler fenotipik olarak tek bir cinsiyet üzerinde görülür. Bu flekilde her iki cinsiyette de genler otozomal kromozomlar üzerinde olmas›na karfl›n bu karekterler tek bir cinsiyetle s›n›rland›r›lm›flt›r. Genellikle bu karakterler üreme organlar› ile ilgili anatomik ve fizyolojik karakterler olabildi¤i gibi ikincil cinsiyet karakterleri ile de ilgili olabilir. Bu genler cinsiyete ba¤l› kal›t›m ile ilgili de¤ildir. Çünkü cinsiyet kromozomlar› üzerinde bulunmazlar ve farkl› bir kal›t›m yolu izlerler. Sadece tek bir cinsiyet üzerinde görüldü¤ü için de cinsiyet etkisinde kal›t›mdan farkl›d›r. Bu kal›t›m flekli ile ilgili olarak köpeklerde iki tarafl› ya da tek tarafl› olarak görülen cryptorchidism klasik bir örnek olarak verilebilir. Özellikle saf olarak yetifltirilen köpeklerde çok yayg›n olarak görülen bir hastal›kt›r. Testislerin sadece erkeklerde olmas›na SIRA S‹ZDEba¤l› olarak cinsiyetle s›n›rland›r›ld›¤› için erkek cinsiyette görülen cryptorchidism oluflumunu belirleyen genler hem annede hem de babadaki otozomal kromozomlar üzerinde olabilir. Yani bu hastal›k, annede testislerin olD Ü fi Ü N E Lgörülmemekte ‹M may›fl› nedeniyle ancak annenin otozomal kromozomlar›ndaki genlerinde olmas› nedeniyle erkek yavrular›nda görülmesine neden olan genleri bulundururabilir. erkek cinsiyette görülen sperma niteli¤i ve niceli¤i ile ilgili S O Gene R U genler ayn› zamanda annede bulunur ve gene cinsiyet ile s›n›rland›r›ld›¤› için bu özellikler sadece erkek yavrular›nda görülür. Diflilerde görülen yavrulama say›s›, D‹KKAT yumurtlama h›z›, servis periyodu ve herhangi bir süt verimi ile ilgili özellikler cinsiyetle s›n›rl› kal›t›ma ait örneklerdir. Bu gibi özellikler sadece difli cinsiyette göSIRA S‹ZDE rülmesine karfl›l›k yavrularda bu özelliklerin iyi ya da kötü olarak flekillenmesi sadece anneye ait de¤ildir. E¤er iyi süt verimi özelliklerine sahip bir ine¤in difli yavrusu da sütAMAÇLARIMIZ verimi aç›s›ndan iyi özelliklere sahipse bu özelliklerin yavruda iyi olarak belirmesi sadece anaya ba¤l› de¤ildir. Ayn› zamanda bu özelliklerin flekillenmesinde baba da etkilidir. Hayvan ›slah›nda bu gibi çal›flmalar yap›l›rken seleksiyon çal›flmalar› K ‹ T bu A Pdurum göz önüne al›narak yap›lmaktad›r. S›¤›rlarda süt verimini 14. Kromozomda bulunan DGAT (acyl-CoA: diacylglycerol acyltransferase) geni etkilemektedir. Gen otozomal kromozom üzerinde bulundu¤u için hem bo¤a hemde inek T E LDGAT1 E V ‹ Z Y O Ngenini tafl›maktad›r. Dolay›s›yla difli yavruda süt kalitesine etki edecek genin yavruya kal›t›lmas›nda her iki cinsiyet de etki etmesine karfl›n bu verim sadece difli yavruda s›n›rland›r›lm›flt›r.

N N

‹NTERNET http://en.wikipedia.org/wiki/Sex-determination_system

6. Ünite - Cinsiyet ve Kal›t›m

Özet

N A M A Ç

1

N AM A Ç

2

Cinsiyetin memeli ve kanatl›larda nas›l belirlendi¤ini ve nas›l yönlendirildi¤ini aç›klamak. Memelilerde ve kanatl›larda iki cinsiyet kromozomu bulunur. Memelilerdeki cinsiyet kromozomu X ve Y diye tan›mlan›rken; kanatl›larda Z ve W fleklinde tan›mlan›r. Memelilerde difliler XX, erkekler XY; kanatl›larda erkekler ZZ difliler ZW kromozomlar›n› bulundurur. E¤er X kromozomunu tafl›yan erkek gamet gene X kromozomunu tafl›yan yumurta ile birleflirse XX genotipinde difli yavru olur. E¤er Y kromozomunu tafl›yan erkek gamet X kromozomunu tafl›yan difli gamet ile birleflirse yavru erkek olacakt›r. Kanatl›larda durum tamamen tersinedir. Cinsiyetin yönlendirilmesi ekonomik bir yetifltiricilik yapmak ac›s›ndan önemlidir. Cinsiyetin yönlendirilmesi flow cytometry denilen bir aletle yap›lmaktad›r. Flow cytometry sperm s›n›fland›rmas› yapmaktad›r. Cinsiyetin yönlendirilmesi ile ilgili en baflar›l› çal›flmalar bu aletle yap›land›r. Cinsiyete ba¤l› kal›t›m›n ne oldu¤unu, evcil hayvanlarda bu özelliklerden nas›l yararlan›ld›¤›n› söylemek. Cinsiyet kromozomu üzerinde bulunan genlerin fenotipte oluflturduklar› karekterlerin kal›t›m›na cinsiyete ba¤l› kal›t›m denir. Cinsiyete ba¤l› kal›t›m memelilerde X’e ba¤l› ve Y’e ba¤l› kal›t›m fleklindedir. X kromozomu üzerinde bulunan genler X’e ba¤l› olan kal›t›m› flekillendirirlerken, Y kromozomu üzerinde bulunan genler Y’e ba¤l› kal›t›m› flekillendirirler. Kanatl›larda bu Z ve W kromozomlar› için geçerlidir. X kromozomu üzerinde bulunan genler daha fazla oldu¤u için özellikle X’e ba¤l› kal›t›m daha önemlidir. Y kromozomu üzerinde bulunan genler yaln›zca erkek cinsiyette görülür. X’e ba¤l› genler özellikle erkek genotipinde tek kromozom bulundu¤undan daha çok etkilidir ve erkek cinsiyetinde daha cok görülür. Bu kal›t›m fleklinden yararlan›larak kanatl›larda oto sexing yap›l›r.

N A M A Ç

3

101

Cinsiyet ile ilgili kal›t›m ve cinsiyet ile s›n›rl› kal›t›m ile ilgili kavramlar› tan›mlayarak hayvanlarda nas›l belirlendi¤ini ve aralar›ndaki farkl›l›klar›n neler olduklar›n› aç›klamak. Memelilerde baz› özellikler ayn› genotipe sahip difli ve erkekte farkl› olarak görülebilir. Örne¤in hayvanlar›n sahip olduklar› deri ve k›l renkleri erkeklerde daha koyu görülebilir. Bu özellik aç›s›ndan ayn› genlere sahip olan diflilerde görünüm farkl› ve hayvanlar daha aç›k renklidir. Bu olaylar erkek hormonlar›na ba¤l› olarak flekillenmektedir. Erkeklerde kastrasyon gibi uygulamalarla hormonlar›n etkisi kald›r›l›nca görünüm diflilerde oldu¤u gibi flekillenir. Baz› karekterler sadece tek bir cinsiyette görünmesine karfl›l›k bu özellikleri belirleyen genler her iki cinsiyette de bulunur. Bunlar süt verimi ve üreme ile ilgili özeliklerdir ve tek cinsiyette görülür fakat seleksiyon yaparken her iki cinsiyette göz önüne al›narak uygulama yap›l›r ve buna uygun gelifltirilmifl seleksiyon yöntemleri uygulan›r. Bu flekilde yap›lan seleksiyonlardan daha çok baflar› elde edilir.

102

Temel Veteriner Genetik

Kendimizi S›nayal›m 1. Ökaryotik hücrelerdeki kromozomlar ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi yanl›flt›r? a. Ökaryotik hücrelerde kromozomlar otozomal ve cinsiyet kromozomlar› olarak ayr›lmaktad›r. b. Otozomal kromozomlar d›fl›nda iki adet cinsiyet kromozomu bulunmaktad›r. c. Y kromozomu X kromozomuna göre daha büyüktür ve daha fazla say›da gen bulundurmaktad›r. d. Memelilerde bu kromozomlar X ve Y kromozomlar› olarak tan›mlanmaktad›r. e. Y ve X kromozomun benzeflim gösterdi¤i küçük bir bölge vard›r. 2. Memeliler için afla¤›dakilerden hangisi do¤rudur? a. Pseudogametik (Yalanc› gametik) - Homozigotik b. Homogametik - Heterogametik c. Homozigotik - Heterozigotik d. Heterogametik - Heterozigotik e. Homogametik - Homozigotik 3. Afla¤›daki genotiplerden hangisini tafl›yan embriyo abort (yavru atma) olur? a. XO b. XXY c. XXX d. YO e. XY 4. Cinsiyetin yönlendirilmesi çal›flmalar›nda afla¤›dakilerden hangisi kullan›lamaz? a. Erkek cinsiyet organlar›na farkl› atmosfer bas›nc› ve farkl› Ph lar›n uygulanmas› b. X kromozomu tafl›yan spermin, Y kromozomu tafl›yan sperme göre daha a¤›r olmas› c. Spermlerin santirfüj yöntemi ile çöktürülmesi d. Semen üzerinde baz› hormon ve kimyasallar›n uygulanmas› e. Özel bir boya ve flow ctometry (ak›m sitometri) kullan›larak X ve Y kromozomu aras›ndaki farkl›l›¤›n belirlenmesi 5. Memelilerde cinsiyete ba¤l› olarak aktar›lan çekinik karakterlerin erkeklerde fenotiplerini do¤rudan göstermesinin nedeni afla¤›dakilerden hangisidir? a. X kromozomunun Y kromozomundan daha büyük olmas› b. Y kromozomunun X kromozomu üzerinde bulunan bütün genleri bulundurmas› c. Cinsiyete ba¤l› olarak aktar›lan karakteri tafl›yan diflilerin ölmesi d. Erkeklerde tek bir X kromozomunun bulunmas› e. Y kromozomunun X kromozomuna bask›n olmas›.

6. Afla¤›dakilerden hangisi cinsiyete ba¤l› kal›t›lan karakterlere bir örnek de¤ildir? a. At ve köpeklerde hemofili b. Kedilerde calico renklilik c. S›¤›rlarda süt verimi d. S›¤›rlarda “anhidrotic ectodermal dysplasia” (k›ls›zl›k oluflumu) e. Kanatl›larda gümüfl ve alt›n renk 7. Afla¤›dakilerden hangisi holoandrik kal›t›m› ifade eder? a. Memelilerde X kromozomu ile olan kal›t›m fleklidir. b. Memelilerde Y kromozomunda bulunan genlerinin oluflturdu¤u kal›t›m fleklidir. c. Memelilerde XX genotipli bireylerdeki kal›t›m fleklidir. d. Kanatl›larda Z kromozomu ile olan kal›t›m fleklidir. e. Kanatl›larda ZZ genotipli bireylerdeki kal›t›m fleklidir. 8. Afla¤›dakilerden hangisi cinsiyetle s›n›rl› kal›t›ma bir örnektir? a. Köpeklerde cryptorchidism b. Calico kedi c. Kanatl›larda renk d. Kanatl›larda uzun tüylülük e. Atlarda hemofili hastal›¤› 9. Y kromozomu üzerinde tafl›nan bask›n bir hastal›k ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi do¤rudur? a. Hasta baban›n tüm çocuklar› hastad›r. b. Hasta baban›n sadece k›z çocuklar› hastad›r. c. Hasta baban›n sadece erkek çocuklar› hastad›r. d. Hasta baban›n tüm k›z çocuklar› sa¤lamd›r. e. Hasta baban›n tüm çocuklar› sa¤lamd›r. 10. Calico renklilik ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi yanl›flt›r? a. Calico renkli kedilerde siyah ve turuncu renk bir arada görülmektedir. b. Calico renkli kedilerde X kromozomu üzerinde bulunan genler aras›nda efl bask›n bir iliflki bulunmaktad›r. c. Kedilerde, X kromozomu üzerinde bulunan efl bask›n genlerden biri siyah pigmentasyonu belirlemektedir. d. Kedilerde, X kromozomu üzerinde bulunan efl bask›n genlerden biri turuncu pigmentasyonu belirlemektedir. e. Calico renklilik erkek kedilerde de görülmektedir.

6. Ünite - Cinsiyet ve Kal›t›m

103

Okuma Parças›

Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar›

GENLERE EN ERKEN BAKIfi Bir süre önce ABD’de bir televizyon program›nda, henüz 7 haftal›k hamile bir kad›n bebe¤inin cinsiyetini milyonlarca izleyiciyle birlikte ö¤rendi. Holly Osburn ad›ndaki bu kad›n, birkaç damla kan örne¤ini Baby Gen-der Mentor (Bebek Cinsiyet Rehberi) adl› bir ürünü piyasaya süren firmaya göndermifl. 275 dolara sat›lan bu testler sayesinde, 5 haftal›k bir fetüsün cinsiyetinin annesinden al›nan bir parça kan yard›m›yla saptanabildi¤i söyleniyor. Boston’daki Tufts Üniversitesi T›p Okulu’nda do¤um öncesi genetik konusunda çal›flmalar yapan Diana Bi-anchi’nin, “evde” fetüs DNA’s› testlerinin henüz bilimsel ve etik aç›dan yeterli olduklar› konusunda bir karar olmad›¤›na vurgu yapmas›na karfl›n, vücuda ciddi bir müdahale yap›lmaks›z›n (noninvazif) gerçeklefltirilen bu fetüs tan› testleri piyasada sat›lmaya bafllanm›fl bile. Araflt›rmac›lar farkl› tiplerde birkaç fetüs hücresinin, anne adaylar›n›n kan›nda bulundu¤unu yaklafl›k 30 y›ld›r biliyorlar. Gebelik s›ras›nda annenin bir mililitre kan›nda, 2 ile 6 fetüs hücresi bulunabiliyor ve bunlar›n bir k›sm› do¤umdan sonra da kanda kal›p, do¤um sonras› doku onar›m›na ya da annedeki hastal›klar›n iyileflmesine katk›da bulunabiliyor. Bunun kan›t›, ilk olarak 1991’de Baylor T›p Okulu’ndaki Joe Leigh Simpson Laboratuvar›’nda yap›lan bir fetüs tan› çal›flmas›nda ortaya ç›kar›ld›. Kullan›lan CD71 adl› bir antikor, fetüs kökenli k›rm›z› kan hücrelerine tutunarak, onlar› annenin kan hücrelerinden ay›rma iflleminin baflar›yla gerçeklefltirilmesini sa¤lam›fl. Kromozom bozuklu¤undan kaynaklanan Down sendromunu saptayabilmek için, renkli sondalar›n kromozomlara tutundu¤u fluoresans yerinde melezleme (FISH - Fluoroscence in situ hybridization) yöntemini kullanm›fllar. Gebeli¤in ilk üçte birlik döneminin (1 - 13. hafta aras›) sonlar›nda ya da 2. Üçte birlik döneminin (13 - 26. hafta aras›) bafllar›nda anne aday›n›n vücuduna bir i¤ne yard›m›yla girilerek fetüs hücreleri toplanan bu tan› yöntemlerinde % 1’lik bir düflük riski bulunuyor. En erken ve en kolay gerçeklefltirilen fetüs DNA testi, elbette etik sorular› da beraberinde getiriyor. Örne¤in kimi araflt›rmac›lar, ailelerin istedikleri cinsiyette bir bebe¤e sahip olamayacaklar›n› ö¤rendiklerinde bebe¤i düflürmeye çal›flabileceklerine dikkat çekiyor. Benzer flekilde, k›z çocuklara erkeklere oranla daha az de¤er verilen toplumlarda da bu tür risklerin artabilece¤ine dikkat çekiliyor. Etik tart›flmalar her ne kadar cinsiyet seçimi konusunda yo¤unlaflsa da, e¤er fetüs DNA testleri fetüsün kanser ya da baflka bir hastal›¤a yatk›n genler tafl›d›¤›n› a盤a ç›kar›rsa zor kararlar›n aileleri bekledi¤i söyleniyor. ( özetlenerek yaz›lm›flt›r).

1. c

Kaynak: Y›ld›z, E. (2005) “Genlere En Erken Bak›fl” Bilim ve Teknik Dergisi Eylül 74-75

2. b 3. d 4. a 5. d 6. c 7. b 8. a 9. c 10. e

Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Cinsiyetin Belirmesi” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Cinsiyetin Belirmesi” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Cinsiyetin Belirmesi” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Cinsiyetin Yönlendirilmesi” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Cinsiyete Ba¤l› Kal›t›m” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Cinsiyete Ba¤l› Kal›t›m” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Cinsiyete Ba¤l› Kal›t›m” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Cinsiyet ‹le S›n›rl› Kal›t›m” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Cinsiyete Ba¤l› Kal›t›m” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Cinsiyete Ba¤l› Kal›t›m” konusunu yeniden gözden geçiriniz.

104

Temel Veteriner Genetik

S›ra Sizde Yan›t Anahtar› S›ra Sizde 1 Memelilerde cinsiyetin belirmesinde etken olan cinsiyet erkekdir. Erkekte gamet oluflumu s›ras›nda oluflan gametlerden yar›s› X kromozomunu yar›s› ise Y kromozomunu tafl›makta ise oluflan gametlerin hepsi X kromozomunu tafl›maktad›r. E¤er X tafl›yan yumurta ile X kromozomu tafl›yan spermatozoit birleflirse difli (XX), e¤er yumurta Y tafl›yan spermatozoit ile birleflirse erkek (XY) yavru olacakt›r. S›ra Sizde 2 Oto sexing olay› ile cinsiyet ayr›m› kanat rengi ya da uzunlu¤u gibi d›fl bak›dan kolayca tan›mlanarak yap›labilmektedir. E¤er bir yetifltirici yumurta tavu¤u besliyorsa tercihi difli olacak et tavu¤u yetifltiricili¤i yap›yorsa erkek olacakt›r. Kuluçkadan c›kan civcivlerin cinsiyet ay›r›m› zordur. Bununla birlikte oto sexing olay› bir kolayl›k sa¤lamakta ve cinsiyet ay›r›m› çok kolay yap›labilmektedir. Bu olay yetifltirici için ekonomik bir kazançt›r. Örne¤in yumurta tavu¤u yetifltiricili¤inde, oto sexing kullan›lmay›p da civcivlerin cinsiyetleri gözle ayr›m yap›lacak kadar beklenirse, erkek hayvanlar için yap›lan bak›m masraflar› ekonomik aç›dan yetifltiriciye zarar getirecektir. Oto sexing bu zarar› önledi¤i için tercih edilmektedir. S›ra Sizde 3 Erkek kedilerin calico olma olas›l›klar› e¤er normal bir cinsiyet oluflumu söz konusu ise yoktur. Fakat normal olmayan bir flekilde XX tafl›yan bir yumurta ile Y tafl›yan bir spermatozoit birleflirse ya da XY tafl›yan bir spermarmatozoit X tafl›yan bir yumurta ile birleflirse bu oluflumlara ba¤l› olarak XXY klinefelter erkek olacakt›r. XX kromozomlardan birisinde turuncu di¤erinde ise siyah pigmentasyon genleri varsa erkek kedi de calico olacakt›r.

S›ra Sizde 4 Erkeklerde MM olanlar yani mahogoni beyaz renklilik aç›s›ndan homozigot olarak genleri bulnduranlar mahogoni renkli olacaklard›r. Ayn› durum Mm genotipinde yani heterozigot olan erkeklerde gözükecek fakat bu genotipte olan difliler k›rm›z› beyaz alaca olacaklard›r. Difliler mm genotipinde k›rm›z› beyaz, MM genotipinde ise mahogoni beyaz olacaklard›r. Ayn› genotipte olup da, di¤er bir deyiflle Mm genotipinde, erkeklerin mahogoni diflilerin k›rm›z› beyaz alaca olmalar› cinsiyet etkisinde kal›t›ma ba¤l› olarak hormonal faktörlerden kaynaklanmaktad›r.

6. Ünite - Cinsiyet ve Kal›t›m

Yararlan›lan Kaynaklar Aksoy, F. T., Atasoy, F., Onbafl›lar, E. E., Apayd›n S. (2002). Denizli Irk› Günlük Civcivlerde Tüylenme Özelliklerinden Yararlanarak Cinsiyeti Belirleme Olanaklar›. Turk J Vet Anim Sci, 26:567-575. Akyüz, B., Ertu¤rul, O., Kaymaz, M., Macun, H. C., Bayram, D. (2010). The effectiveness of gender determination using polymerase chain reaction and radioimmunoassay methods in cattle. Theriogenology, 73(2): 261-266. Drögemüller, C., Distl, O., Leeb T. (2003). X-linked anhidrotic ectodermal dysplasia (ED1) in men, mice, and cattle. Genet. Sel. Evol., 35:137-145. Garner, D.L. (2001). Sex-Sorting Mammalian ReviewSperm: Concept to Application in Animals, Journal of Andrology, 22, (4): 519-526. Griffiths, A.J.F., Gelbart,W.M.;Miller, J.H., Lewontin, R.C. (1998). Modern Genetic Analysis ,(Firstedition). New York, USA: W.H. Freeman and Company. Klug, W.S.,Cummings, M.R. (1997). Concepts of Genetics ,(Fifth edition). New Jersey, USA: Prentice Hall. Rothwell, N.V. (1993). Understanding Genetics: A Molecular Approach. New York, USA: Wiley-Liss, Inc. Russell, P.J. (1992). Genetics. (Third edition). New York, USA: Harper Collins Publishers. Russell, P.J. (2010). iGenetics. (Third edition).San Francisco, CA USA. Pearson Education Inc. Starr, C., Taggart, R.(2000). Biology: The Unity and Diversity of Life, (Ninth edition).Pasific Grove. CA, USA: Brooks/Cole. Villagómez, D.A.F., Parma, P., Radi, O., Di Meo, G., Pinton, A., Iannuzzi, L., King, W.A. (2009). Classical and Molecular Cytogenetics of Disorders of Sex Development in Domestic Animals. Cytogenet Genome Res,126:110-131. Werren J.H., Beukeboom L. W. (1998). Sex Determination, Sex Ratios And Genetic Conflict. Ann. Rev. Ecol. & Systematics, 29:233261. Wilhelm, D., Palmer S., Koopman P. (2007). Sex Determination and Gonadal Development in Mammals. Physiol Rev, 87: 1-28.

105

7

TEMEL VETER‹NER GENET‹K

Amaçlar›m›z

N N N N N

Bu üniteyi tamamlad›ktan sonra; Genetik Materyal olarak DNA’n›n nas›l keflfedildi¤ini aç›klayabilecek, Gen ve genom kavramlar›n› aç›klayabilecek, Nükleik asitlerin fiziksel ve biyokimyasal yap›s›n› yorumlayabilecek, DNA ve RNA aras›ndaki farklar› ve çeflitlerini söyleyebilecek, Kromozom yap›s› ve organizasyonunu aç›klayabilecek bilgi ve beceriye sahip olacaks›n›z.

Anahtar Kavramlar • Gen • Genom • DNA ve RNA

• Nükleotit • Kromozom

‹çindekiler

Temel Veteriner Genetik

Genetik Materyalin Yap›s› ve Organizasyonu

• DNA’NIN KEfiF‹ • GEN KAVRAMI • DNA’NIN F‹Z‹KSEL VE K‹MYASAL YAPISI • RNA VE YAPISI • GEN YAPISI VE ORGAN‹ZASYONU • KROMOZOM YAPISI

Genetik Materyalin Yap›s› ve Organizasyonu DNA’NIN KEfiF‹ Temel genetik kurallar› ve kal›t›mda rol oynayan mekanizmalar› aç›klama çal›flmalar›, 1800’lerde, Mendel’in ölümünden ancak 16 y›l sonra; De Vries, Correns ve Tschermak isimli bilim adamlar›n›n de¤iflik y›llarda elde etti¤i sonuçlarla do¤rulanm›fl ve sürdürülen çal›flmalar›n genetik bilimi olarak adland›r›lmas› ilk kez 1906 da Bateson taraf›ndan yap›lm›flt›r. Kal›tsal materyalin “gen” olarak tan›mlanmas› 1909 y›l›nda Johannsen taraf›ndan önerilmifltir. Genlerin yap›sal özellikleriyle ilgili çal›flmalar daha sonraki y›llarda devam etmifltir. DNA’n›n biyokimyasal özelliklerinin ortaya konulmas› Fried Miescher’in ‹sviçre de lökositlerin hücre çekirde¤i üzerinde yapt›¤› çal›flmalarla gerçekleflmifltir. Miescher, lökosit hücre çekirde¤inden elde etti¤i fosfor içeren maddeye nüklein ad›n› vermifltir. 1869 da ise bu araflt›rmac› bal›k sperm hücresinden de bu maddeyi izole edebilmifltir. Araflt›rmalarda izole edilen bu maddenin proteine benzedi¤i ve asit yap›s›nda oldu¤u ortaya ç›km›flt›r. Bu kimyasal özellikleri ve hücre nükleusundan elde edilmesi nedeniyle bu madde nükleik asit olarak adland›r›lm›flt›r. Nükleik asitlerin kal›t›mda rol oynad›¤› düflünülmesine ra¤men, genetik bilgiyi tafl›yan temel madde oldu¤una dair kan›tlar ancak 1928 de ‹ngiliz bilim adam› Frederick Griffith’in pnömokoklar üzerinde yapt›¤› transformasyona dayal› çal›flmalarla ortaya ç›km›flt›r. Frederick Griffith, yapt›¤› deneyde Streptococcus pneumonia bakterisinin iki farkl› tipini kullanm›flt›r (fiekil 7.1). Bunlardan S tipi, düz koloniler oluflturmakta ve yüksek derecede hastal›k yapma özelli¤ine sahipken (virulent), R tipi ise pürüzlü koloniler oluflturmakta ve zarars›z (avirulent) bakterilerdir. Bu bakterilerin hastal›k yapma özellikleri, yani virulans› bir yüzey bilefleni olan ve polisakkarit yap›daki kapsül oluflumunun varl›¤›na göre de¤iflmektedir. Hastal›k yapma özelli¤ine sahip bakteriler s›ca¤a maruz b›rak›ld›klar›nda virulans›n› kaybetmekte ve canl›ya herhangi bir zarar verememektedirler.

Transformasyon: Bir karakteri belirleyen kal›tsal bilginin aktar›m›yla yeni generasyonlarda bu karakter özelliklerinin görülmesi.

fiekil 7.1 Streptococcus pneumonia elektron mikroskobu görüntüsü Kaynak: http://tr.wikipedia.o rg/wiki/Dosya:Strept ococcus_pneumoni ae.jpg Eriflim: 01.04.2011

108

Temel Veteriner Genetik

Griffith yapt›¤› çal›flmada bu iki farkl› bakteri türünün fareler üzerindeki etkilerini araflt›rm›fl ve genetik materyalin transformasyon yoluyla tafl›nabilece¤i hipotezini öne sürmüfltür. R tipi bakterilerin farelere enjekte edildi¤inde herhangi bir hastal›k belirtisinin ortaya ç›kmad›¤› ve farelerin yaflad›¤›, kapsüllü olan S tipi bakterilerle yap›lan enjeksiyonda ise farelerin meydana gelen zatürre sonucu öldükleri görülmüfltür. S›cak etkisiyle öldürülmüfl olan, avirulent S tipi bakteriler ise farelerde ölüme neden olmam›flt›r. Griffith, ölü olan ve hastal›k yap›c› S tipi bakterilerle yaflayan R tipi hastal›k yapmayan bakterilerin her ikisinin de bulundu¤u kar›fl›m› farelere uygulad›¤›nda ise farelerin yine hastal›k sonucu öldüklerini göstermifltir. Ölen farelerden elde edilen bakterilerin tümünün S tipinde olmas› ise hastal›k yapma özelli¤i ortadan kalkm›fl olan bakterilerden R tipi bakterilere genetik materyalin transformasyon yoluyla aktar›labilece¤ini kan›tlam›flt›r (fiekil 7.2). fiekil 7.2 Frederick Griffith’in fareler üzerindeki transformasyona dayal› deneyi.

R Tipi Hastal›k Is› ile öldürülmüfl S Tipi Hastal›k Yapma Yapma Özelli¤i Olan S Tipi Bakteri Özelii¤i Bulunmayan Bakteri Enjeksiyonu Enjeksiyonu Bakteri Enjeksiyonu

Fare Yaflar

Fare Ölür

Fare Yaflar

R Tipi Bakteriler ve Is› ile Öldürülmüfl S Tipi Bakterilerin Birlikte Enjeksiyonu

Fare Ölür

Griffith’in yapt›¤› bu çal›flma daha sonra kal›t›ma neden olan genetik materyal üzerine sürdürülen çal›flmalara da temel teflkil etmifltir. Amerikal› biyolog Oswald T. Avery ve arkadafllar› Colin M. MacLeod ve Maclyn McCarty yapt›klar› deneylerle Griffith’i izlemifllerdir. Avery ve arkadafllar› Griffith’in transformasyon deneyinde oldu¤u gibi kapsüllü, patojen özellikte S tipi bakteriler ve kapsülsüz, apatojen R tipi bakterileri kullanm›fl ancak farkl› olarak deneyin son aflamas›nda S tipi bakterilerden DNA’y› izole ederek hücre kültürüne ilave etmifltir. Bunun sonucunda hücre kültüründe daha önceden hiç, hastal›k yapan kapsüllü bakteri bulunmazken ortama DNA ilavesinden sonra yeni generasyonda kapsüllü bakteriler görülmüfltür. Daha sonra yap›lan çal›flmalarda izole edilen maddenin (DNA) proteolitik enzimlerle muamelesinde aktivitesini kaybetmedi¤i ancak deoksiribonükleaz (DNaz) ile muamelesinde ise aktivitesini yitirdi¤i gözlenmifltir. Bu sonuç Avery ve arkadafllar›n›n deneylerini bir kez daha desteklemifl kal›t›mda rol oynayan maddenin DNA oldu¤unu ortaya koymufltur. DNA’n›n genetik materyal oldu¤u ve yeni generasyonlarda kal›t›m›n temel tafl› oldu¤unu ispatlamaya yönelik çal›flmalar sonraki y›llarda da devam etmifltir. 1953 y›l›nda Alfred D. Hershey ve Martha Chase’ in T2 bakteriyofajlar üzerinde yapt›¤› ve Hershey-Chase deneyi olarak bilinen çal›flmalar› genetik materyalin tan›m› üzerine daha somut kan›tlar sunmufltur. T2 faj› protein yap›da olan bafl k›sm› içerisindeki DNA’y› bakteriye aktararak E. coli bakterisini enfekte etmekte ve kal›tsal bilgiyi bu yolla bak-

109

7. Ünite - Genetik Materyalin Yap›s› ve Organizasyonu

teriye tafl›maktad›r. Hershey ve Chase T2 faj› partiküllerini DNA bileflenini 32P (Fosfor) ve protein k›l›f›n› ise 35S (Sülfür) radyoaktif izotopu ile iflaretleyip bakteri süspansiyonlar›na eklenmifltir. Viral k›l›flar›n bakterilerden ayr›lmas›n›n sa¤lanm›flt›r. 32P ile iflaretli fajlarla enfekte olan bakterilerin bu izotopu tafl›malar› viral DNA’n›n hücrelere dahil oldu¤unu kan›tlam›flt›r. 35S ile iflaretli fajlar ile enfekte olmufl bakterilerin ise radyoaktiviteye sahip olmamakla birlikte bofl viral k›l›flar›n 35S tafl›d›¤› görülmüfltür. Bu sonuçlar genetik materyalin viral DNA oldu¤unu göstermifltir (fiekil 7.3). fiekil 7.3 Hershey-Chase Deneyi

BAKTER‹YOFAJLAR

35S

ile ‹flaretlenmifl Olan Kapsül (K›rm›z›)

32P

ile ‹flaretlenmifl Olan DNA(K›rm›z›)

1. Enfeksiyon

2. Kar›fl›m

Santrifüj

Hücrelerde Sülfüre Rastlanmam›fl

Hücrelerde Fosfor Bulunmakta

DNA’n›n genetik materyal oldu¤u ve kal›t›mdaki rolünün aç›klanmas›n›n ard›ndan çal›flmalar, DNA’n›n fiziksel ve biyokimyasal yap›s›n›n ortaya konulmas›na yönelmifltir. 1950’li y›llarda Rosalind Franklin ve Maurice Wilkins’in X-›fl›nlar› kullanarak yapt›¤› araflt›rmalarda DNA’n›n azotlu bazlara sahip bir çesit sarmal yap›da oldu¤u ortaya ç›km›flt›r. Azotlu bazlar›n miktarlar› ve aralar›ndaki dengeler konusunda ise Erwin Chargaff isimli bilim adam›n›n yapt›¤› çal›flmalar kabul görmüfl ve daha sonra Chargaff kurallar› olarak adland›r›lm›flt›r. 1953 y›l›nda DNA’n›n yap› modelini ve özelliklerini ortaya koyan James D. Watson ve Francis Crick’in çal›flmalar› bugün halen kabul edilmekte olup; DNA süper sarmal›n›n ayd›nlat›lmas›na temel oluflturmufltur. Bilim adamlar› bu çal›flmalar› sonucunda 1962 de Nobel ödülü kazanm›flt›r.

GEN KAVRAMI Genetik flifre olarak adland›r›lan nükleik asitlerin (DNA ve RNA) temelini nükleotitler oluflturmaktad›r. Bir aminoasit ya da RNA molekülünün nükleotit dizisi DNA’da bulunmaktad›r. O halde, gen olarak tan›mlanan ifade, anlaml› bir RNA

Kaynak: http://de.wikipedia.o rg/w/index.php?title= Datei:Hersheychasee xperiment.gif&fileti mestamp=20100109 160641 Eriflim: 01.04.2011

110

Temel Veteriner Genetik

transkripti ya da bir proteinden oluflan ifllevsel bir biyolojik ürünün sentezi için gerekli olan bilgiyi içeren DNA parças›d›r. Yunanca genos kelimesinden köken alan genler, DNA sarmal›nda yer al›r ve bir genomunun ancak %2-4’ünü oluflturur. Temel genetik materyal olarak DNA’n›n d›fl›nda RNA’y› kullanan canl›lar da mevcuttur (RNA virüsleri). Hücrelerdeki ve dolay›s›yla canl›lardaki kal›tsal olaylar›n ve metabolizma faaliyetlerinin düzenlenmesinde temel olan genler, kromozomlar üzerinde yer al›r. Prokaryot hücrelerde bir kromozom üzerinde ortalama 20003000, ökaryotlarda ise 20000-100000 gen bulunmaktad›r. Genin kromozom üzerinde bulundu¤u bölgeye lokus denir. Canl›lardaki genetik ve biyokimyasal olaylar›n denetiminde görev alan genler yap›sal ve düzenleyici olarak ikiye ayr›l›r. Yap›sal genler yani strüktürel genler protein kodlanmas›nda görev al›rken, düzenleyici yani regülatör genler ise yap›sal genleri kontrol eder.

DNA’NIN F‹Z‹KSEL VE K‹MYASAL YAPISI Nükleik asitler (DNA ve RNA), nükleotit ad› verilen temel yap›lardan oluflmaktad›r. Nükleotitler, metabolizma faaliyetlerinin yürütülmesi s›ras›nda enerji kayna¤› olarak da görev almaktad›r. Nükleotitlerin birleflmeleriyle DNA meydana gelir. Bu nedenle DNA yap›sal olarak iki nükleotit zincirinden oluflmufl bir polinükleotittir. Her bir nükleotit, halkasal formda 5 karbonlu bir fleker (pentoz), bir organik baz ve fosfat grubundan oluflmaktad›r. DNA’ daki 5 karbonlu fleker, deoksi-D-riboz flekeridir. ‹kinci karbonunda hidroksil grubunun bulunmay›fl› RNA flekeri olan D-ribozdan en önemli fark›d›r. Azotlu bazlar, pürinler ve pirimidinler olarak ikiye ayr›l›r. Bu baz gruplar› kimyasal yap›daki baz› farkl›l›klardan dolay› iki flekilde adland›r›lm›flt›r. Kimyasal yap›lar› incelendi¤inde, pirimidinler sadece tek bir alt›gen halkaya sahipken, pürinlerin yap›s›nda bu halkaya ba¤lanm›fl olan beflli bir imidazol halkas› göze çarpmaktad›r. Adenin ve guanin, pürin grubunu olufltururken sitozin, timin ve urasil ise pirimidin grubunu oluflturmaktad›r. DNA yap›s›nda pirimidin olarak urasil bulunmaz (fiekil 7.4). fiekil 7.4

O

H2N

Organik bazlar›n kimyasal yap›s›

NH

N

N

N N

N H Adenin

N H Guanin

NH2

O C

H

O

NH2

N

O C

H

C

C N

H3C H

H

H

N

N N H

O

O

C

C

N H

H Urasil

Timin

Sitozin

C

H

C H

111

7. Ünite - Genetik Materyalin Yap›s› ve Organizasyonu

Pentoz flekerinin birinci karbonu ile pürinlerin birinci, pirimidinlerin ise 9. azotu aras›nda kovalent ba¤ bulunmaktad›r. Organik bazlar›n, flekerle birleflmesi ile nükleozit yap›s› meydana gelir. Fosfat gruplar›n›n da bu yap›ya kat›lmalar› sonucu nükleotit yap›s› oluflur. Ortalama 50-60 ya da daha az say›daki nükleotitin birleflmesi ile oligonükleotitler oluflurken, daha fazla say›daki nükleotitin birleflmesi polinükletitleri oluflturmaktad›r (fiekil 7.5). fiekil 7.5 Pentoz

O O

F

O

O

O

F O

O

O

F O

Nükleotit Yap›s› Organik Baz

51 O

O

31 HO

Glikozit ba¤ 21 OH = Riboz H = Deoksiriboz

Kaynak: http://tr.wikipedia.o rg/wiki/Dosya:Nucl eotides.png Eriflim: 01.04.2011

Nükleozit Nükleotit monofosfat Nükleotit difosfat Nükleotit trifosfat

Nükleotit zinciri, yap›s›nda bulunan 5 karbonlu flekerin hidroksil grubuna, bir di¤erinin fosfat grubunun ba¤lanmas›yla meydana = Adenin = Timin gelir. Fosfat grubu ile flekerler aras›nda fosfo= Guanin diester ba¤lar› bulunur. Bu flekilde birbirine = Sitozin z›t olarak uzanan iki polinükleotit zinciri meydana gelir. Bu iki zincirin pürin ve piri= Fosfat midin bazlar› aras›nda ise hidrojen ba¤lar› Ba¤lar bulunmaktad›r. Birbirine hidrojen ba¤lar› ile ba¤lanm›fl olan bu organik bazlar, merkezde yer alarak meydana gelen sarmal yap›n›n temelini oluflturur. Adenin ile timin aras›nda DNA iki hidrojen ba¤›, guanin ile sitozin aras›nda ise üç hidrojen ba¤› mevcuttur. Bu zincirde adenin karfl›s›na her zaman timin, guanin karfl›s›na ise her zaman sitozin gelir (fiekil 7.6). DNA’n›n baz içeri¤i türden türe de¤iflkenlik göstermektedir. Ancak pürin bazlar›n›n toplam› pirimidin bazlar› toplam›na eflittir. Organik bazlar aras›ndaki hidrojen ba¤lar› elektrostatik çekim sonucu oluflur. Meydana gelen bu çift sarmal yap›, düzlemsel olmay›p merkezde bulunan organik bazlara ba¤l› fleker molekülleri ve en d›flta fosfat grubundan ibaret üç boyutlu bir oluflumdur. Bu DNA’n›n heliks yap›s› ya da DNA süper sarmal› olarak adland›r›lmaktad›r. Heliksin aç›klanmas›nda 1953 y›l›nda Watson ve Crick adl› bilim adamlar›n›n çal›flmalar› temel olmufltur. Bugün halen kabul edilmekte olan bu bilgiler Watson-Crick yasalar› olarak bilinir ve k›saca flu flekilde aç›klanabilir:

fiekil 7.6 DNA çift sarmal (heliks) yap›s› Kaynak: http://commons.wik imedia.org/wiki/Fil e:DNA_simple2.svg Eriflim: 01.04.2011

112

Temel Veteriner Genetik

a. DNA sarmal›n›n temelini merkezde bulunan pürin ve pirimidin bazlar› oluflturur. b. Bazlar sarmal›n eksenine 90° aç› ile yerleflmifllerdir. c. Her 10 baz çiftinde bir tam dönüfl vard›r, bu nedenle birinci ve on birinci °’dur. baz ayn› yönde olur ve bu dönüfl mesafesi 34 A d. Adeninle timin aras›nda iki, guanin ile sitozin aras›nda üç hidrojen ba¤› bulunmaktad›r. °’dur. e. DNA sarmal›n›n çap› 20 A f. DNA, eksen etraf›nda sa¤a do¤ru dönüfl yapan iki polinükleotit zincirden oluflur ve bu zincirler birbirlerine z›t yönde uzan›rlar (fiekil 7.7). fiekil 7.7 DNA’n›n üç boyutlu sarmal yap›s› Kaynak: http://de.wikipedia. org/w/index.php?titl e=Datei:DNA_Furc hen.png&filetimesta mp= 20100401202105 Eriflim: 01.04.2011

Genifl Oluk

Fosfat Grubu Merkezde Yer Alan Organik Bazlar

Dar Oluk

Pentoz Grubu

Watson-Crick modeli olan bu yap› biyolojik DNA olarak da adland›r›lan BDNA’ya aittir. DNA’n›n bu formu, en kararl› hali olarak bilinir ve standart yap› olarak kabul edilmektedir. Yüksek nemde (%92) sodyum tuzlar›n› içerir. Daha sonra yap›lan çal›flmalarda farkl› fizyolojik koflullar alt›nda baz› morfolojik ve fizyolojik farkl›l›klar gösteren de¤iflik DNA tipleri tespit edilmifl ve bunlar A, C, D, E ve ZDNA’lar olarak adland›r›lm›flt›r. A-DNA, % 75 nemlilikte, sodyum, potasyum ve sezyum varl›¤›nda gözlenen bir formdur ve bazlar heliks eksenine daha dikey flekilde yerleflmifllerdir. DNA her dönümde daha fazla baz içerir. C-DNA, %66 nemlilikte ve lityum iyonlar› varl›¤›nda görülen formdur. D ve E-DNA’lar ise her dönümde çok az baz çiftine sahip olan DNA formlar›d›r ve guaninden yoksun moleküller olarak göze çarpar. Z-DNA, heliks yönünün di¤erlerinden farkl› olarak sola do¤ru olmas›yla ayr›l›r. Her dönümde 12 baz içeren bu DNA formunun çap› da di¤erlerine göre daha dard›r. Tekrarlayan G-C dizileri içerir.

113

7. Ünite - Genetik Materyalin Yap›s› ve Organizasyonu

DNA’n›n Kimyasal Yap›s› Deoksiribonükleik asit, ad›ndan da anlafl›ld›¤› üzere düflük pH’ye sahiptir. Birbirlerine hidrojen ba¤lar› ile ba¤l› olan çift sarmal yap› pH 4-11 seviyelerinde genellikle kararl› yap›da olmas›na ra¤men, bu de¤erler afl›ld›¤›nda karars›z hale gelerek iki ayr› polinükleotit zinciri haline gelir. Çift sarmal haldeyken viskozite de¤eri, tek zincir haline göre daha yüksektir. Çift sarmall› heliks yap›n›n kararl›l›¤› ayn› zamanda ›s›dan da etkilenmektedir. Is›n›n 70 C°’den yüksek de¤erlere ç›kmas› (özellikle 70-90 C°), yap›daki hidrojen ba¤lar›n›n kopmas›na neden olur (fiekil 7.8). Heliks yap›daki DNA zincirinin ayr›lmas› ifllemine denatürasyon denir. Denatürasyon olay› ilk önce adenin-timin aras›nda gerçekleflir. Bunun nedeni adenin ile timin aras›nda iki hidrojen ba¤›, guanin ile sitozin aras›nda ise üç hidrojen ba¤›n›n bulunmas›d›r. Guanin ile sitozinden zengin bölgelerin daha kararl› e¤ilimde olmalar›n›n da sebebi buna ba¤lanmaktad›r. Optimum flartlar tekrar sa¤land›¤›nda denatürasyon olay› geri dönüflümlüdür. Çift sarmal yap›s› bozulmufl ve tek zincir halde bulunan DNA molekülünün belirli flartlarda tekrar çift sarmal hale geri dönmesine ise renatürasyon denir.

Viskozite: S›v›lar›n akmaya karfl› gösterdikleri direnç.

fiekil 7.8

1.40

Tm (Erime S›cakl›¤›) E¤risi

1.30 A260 De¤eri

Sarmal›n Ayr›lmas›

1.20 1.10 1.00

30

50

70

Tm

90

100

110

DNA Çift Sarmal Yap›da

RNA VE YAPISI Canl›lardaki yaflamsal faaliyetlerin sürdürülmesi için gerekli yap› tafllar›ndan olan protein moleküllerinin sentezlenmesi, metabolizman›n dengede kalabilmesi ve yeni nesillere genetik bilginin aktar›lmas›nda temel göreve sahip olan DNA, bu faaliyetlerini gerçeklefltirebilmek için ara moleküllere ihtiyaç duymaktad›r. Protein sentezi bafllang›c›nda DNA do¤rudan kal›p görevi görmek yerine öncelikle mRNA üzerine kodlanan bilgiyi sa¤layan temel molekül ifllevi görmektedir. Dolay›s›yla RNA, protein ve DNA aras›nda görev alan ve hücrenin gereksinimine göre miktar› de¤iflen yard›mc› bir molekül olarak tan›mlanabilir. Protein sentezi esnas›nda DNA’da mevcut genetik bilgi replikasyondan sonra, öncelikle RNA’ya aktar›l›r ve bu iflleme transkripsiyon denir. Hücresel RNA, protein sentezinde DNA ile birlikte görev al›rken RNA virüslerinde ise direk genetik materyal olarak bulunmakta-

fiekil 7.9 G C U A C G G A G C U U C G G A G C U A G RNA

G C U A C G G A G C U U C G G A G C U A G

RNA’n›n tek sarmal yap›s› Kaynak: http://en.wikipedia. org/wiki/File:Rnacodons-protein.png Eriflim: 01.04.2011

Replikasyon: ‹ki polinükleotitten oluflan heliksin replikasyon enzimleri yard›m›yla aç›larak DNA’n›n kendini yar› korunumlu olarak efllemesi ifllemi, di¤er bir deyiflle DNA’n›n self duplikasyonu.

114

Temel Veteriner Genetik

Translasyon: DNA’dan RNA sentezlenmesi olan transkripsiyon basama¤›ndan sonra gerçekleflen ve RNA’daki bilgiye göre protein sentezlenmesi basama¤›.

fiekil 7.10 t-RNA’n›n sekonder yap›s›

d›r. RNA, baz› virüs tipleri hariç genel olarak tek polinükleotit zincire sahiptir ve DNA’dan farkl› olarak timin yerine urasil organik baz›n› içermektedir (fiekil 7.9). DNA’dan RNA’ya genetik materyalin aktar›m› olan transkripsiyon, kal›p olarak görev yapan DNA parças›, enerji sa¤layan moleküller olan trifosfatlar (ATP, GTP, CTP, UTP) ve magnezyum varl›¤›nda gerçekleflir. DNA ile RNA aras›ndaki farklar› özetlenecek olursa; 1. RNA, genel olarak tek polinükleotit zincirden oluflmufl yap›ya sahiptir (baz› virüsler hariç). 2. Organik baz olarak, DNA’daki timin yerine RNA’da urasil bulunmaktad›r. 3. DNA’da pentoz yap›da fleker olarak bulunan deoksiriboz yerini RNA’da riboz alm›flt›r. 4. DNA ve RNA sentezi birbirlerine benzemekle beraber, RNA sentezi s›ras›nda kullan›lan enzimlerden olan RNA polimeraz›n nükleaz etkisinin olmamas› ve bafllat›c› RNA segmentine ihtiyaç duymamas› bak›m›ndan farkl›d›r. Genetik materyalin tafl›nmas›nda DNA’ya yard›mc› molekül olarak görev yapan RNA, üç temel tipte karfl›m›za ç›kmaktad›r. Bunlar tafl›y›c› ya da transfer RNA olarak bilinen t-RNA, mesajc› RNA olan m-RNA ve ribozomal RNA olarak tan›mlanan r-RNA’d›r. Genetik flifre, DNA’dan aktar›ld›ktan sonra m-RNA üzerinde her biri bir aminoasiti temsil eden üçlü nükleotitlerle kodlanmaktad›r. Bu üçlü nükleotit dizilerine kodon denir. Kodonlar›n t-RNA’daki karfl›l›¤›na ise antikodon denir.

Transfer RNA (t-RNA) Hücresel RNA’n›n yaklafl›k %15’ini oluflturan t-RNA, sitoplazmada yer almaktad›r. Tek zircirli nükleotit dizisinin üç boyutlu bir flekilde katlanmas›yla oluflan sekonder yap› yonca yapra¤›na benzetilmektedir (fiekil 7.10). Mitokondri 3’OH ise, daha küçük yap›da t-RNA’lara 5’ sahiptir. Ökaryotlarda genellikle 7093 nükleotitten meydana gelir. Sentezlenecek her bir aminoasit için en az bir tane t-RNA bulunmaktad›r. TψC halkas› Protein sentezinin translasyon baD halkas› De¤iflken halka sama¤›nda, DNA’dan RNA’ya aktar›lan flifreye göre tan›mlanacak olan aminoasitlerin tafl›nmas› ve polipeptid zincirine eklenmesinde görev Antikodon halkas› al›r.

Mesajc› RNA (m-RNA) Nükleus ve sitoplazmada bulunan m-RNA’lar DNA’dan ald›¤› genetik bilgiye göre protein sentezlenmesi iflleminde kal›p görevi görür. Baz bileflimi kal›p görevi gören ipli¤in (template iplik) RNA karfl›l›¤›d›r. t-RNA ve r-RNA’lar hücrede sürekli bulunurken, m-RNA’lar yap›sal farkl›l›klar› nedeniyle y›k›l›p yeniden yap›lmaktad›r. Hücresel RNA’n›n yaklafl›k %4’ünü olufltururlar.

Ribozomal RNA (r-RNA) Nükleolus ve nükleusta bulunan r-RNA’lar, ribozomlar›n oluflturulmas›nda temel görev alan yap›lard›r. Toplam RNA miktar›n›n %50-60’›n› olufltururlar. r-RNA’lar üzerinde ribozomdaki proteinleri tan›malar›n› sa¤layan bölgeler bulunmaktad›r (fiekil 7.11).

115

7. Ünite - Genetik Materyalin Yap›s› ve Organizasyonu

fiekil 7.11 Bakteriyel küçük ribozom altbirim r-RNA’s›, 5’ ucunda baz eflleflmesi Kaynak: http://tr.wikipedia.o rg/wiki/Dosya:RF00 177.jpg Eriflim: 01.04.2011

GEN YAPISI VE ORGAN‹ZASYONU Canl›larda tüm metabolik faaliyetlerin sürdürülmesinde rol oynayan kimyasal reaksiyonlar›n organizasyonu ve kal›t›m üzerinde etkili DNA segmentleri olan genler, kromozomlar üzerinde lokus ad› verilen bölgelere yerleflmifltir (fiekil 7.12). Genler ifllevsel bir RNA transkripti veya polipeptit sentezinden sorumludur. Hücrede bulunan genetik materyalin tamam›na ise genom ad› verilmektedir. Genom, gen olarak tan›mlanan fonksiyonel bölgelerle birlikte bu yap› d›fl›nda ifllevsel olmayan DNA bölgelerini de kapsamaktad›r. Fonksiyonel olmayan DNA dizileri çöp DNA ad›n› al›r. SIRA S‹ZDE oluflumuCanl›larda genetik kodu oluflturan, RNA’da bulunan 64 kodonun hepsi aminoasit na yans›r m›? Aç›klay›n›z. D Ü fi Ü N E L ‹ M

gen

DNA zinciri üzerinde gen S Odizisi R U

S O R U

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

Kaynak: http://cs.wikipedia.o D‹KKAT rg/wiki/Soubor:DNA _molekula__zivota _-__cesky.jpg SIRA S‹ZDE Eriflim: 01.04.2011

N N

K ‹ T A P

Genler, yap› olarak incelendi¤inde iki temel k›s›mdan meydana gelmektedir. Protein ya da RNA sentezlenmesini sa¤layan genetik materyali içeren yap›sal bölüm ve kontrol bölgelerinden meydana gelmifl olan ve regülatör, operaT E L Epromotor, V‹ZYON tör ve terminasyon bölgelerini içeren bölümdür. ‹NTERNET

1

SIRA S‹ZDE

Ü fi Ü N E L ‹ M fiekilD7.12

D‹KKAT

DNA

Transkript: transkripsiyon sonucu oluflan yeni ürün.

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

116

Temel Veteriner Genetik

Gen yap›s›, prokaryot ve ökaryot canl›larda farkl›l›k göstermektedir. Ökaryot canl›lardaki gen yap›s›n›n temel fark› kodlanmayan dizilerin de genler aras›nda bulunmas›d›r. Bu yap› parçal› gen yap›s› olarak adland›r›lm›flt›r. Buna göre, genlerdeki kodlayan bölgeler ekzon, kodlama özelli¤i olamayan diziler ise intron ad›n› almaktad›r. Ökaryot organizmalar›n ço¤unun genom yap›s› yüksek oranda intronlardan meydana gelmifltir (fiekil 7.13). Transkripsiyon aflamas›nda ökaryotik hücrelerde intronlar›n kesilip ç›kar›lmas› ve ekzonlar›n birlefltirilmesiyle m-RNA oluflturulup protein sentezi devam ettirilir. Bu iflleme intron kesimi ya da Splicing mekanizmas› ad› verilmektedir. Prokaryotlarda ise böyle bir oluflum yoktur. Ökaryotlarda enhancer ad› verilen özel bölgeler mevcuttur. Bu diziler bafllang›ç bölgesinden 70-90 nükleotit öncesinde bulunmaktad›r. Transkripsiyonu artt›r›c› özelli¤e sahiptirler. Bu diziler ayr›ca hücre ve doku farkl›laflmas›nda görev al›r. Ayn› yap›ya sahip olan ancak farkl› fonksiyonlara sahip hücrelerin oluflmas›nda bu diziler görev yapmaktad›r. Hücresel organellerden biri olan mitokondri, kendi DNA’s›na sahip olmas› bak›m›ndan önem tafl›r. Yaklafl›k 16569 baz çiftinden meydana gelen bu yap› mitokondriyal DNA olarak adland›r›l›r. Genellikle sirküler yap›da bulunan mitokondriyal genomdaki genler, intron içermezler. Bitkilerde bulunan ve fotosentezden sorumlu organel olan kloroplast, mitokondride oldu¤u gibi özgün genoma sahiptir. Çift sarmal yap›da bulunan sirküler DNA moleküllerinden meydana gelir. Yap› bak›m›ndan prokaryot gen özellikleriyle benzerlik göstermektedir. fiekil 7.13 Ökaryot gen yap›s› Kaynak: http://en.wikipedia. org/wiki/File:Gene. png Eriflim: 01.04.2011

Exon

Intron Gen

Exon

KROMOZOM YAPISI Kromozomlar, kromatin ve kromonemadan meydana gelmektedir. Hücre bölünmesinin gerçekleflmedi¤i dönemde kromozomda bulunan genetik materyal kromatin olarak isimlendirilir. Kromatinler, çekirdek içine da¤›lm›flt›r. Hücre bölünmesinin bafllamas›yla kromatinler, yo¤unlaflarak kromozomlar› meydana getirir. Kromozom say›lar› ise türe özgüdür. Kromozomlar, çok yo¤un ve s›k›flt›r›lm›fl olan moleküllerden oluflan bir yap›ya sahiptir. DNA ve protein içermektedirler (fiekil 7.14).

117

7. Ünite - Genetik Materyalin Yap›s› ve Organizasyonu

fiekil 7.14 Necleus

Kromozom

Kromozom yap›s›

Telomer

Kaynak: http://de.wikipedia.o rg/w/index.php?title= Datei:Chromosom.sv g&filetimestamp=20 060430032818 Eriflim: 01.04.2011

Sentromer

Telomer

Kromatit

Organik Baz Çiftleri

Histon

DNA Çift Sarmal›

Kromozomlar, nükleozom ad› verilen yap›lar›n üzerinde dizilmifl olan DNA ipli¤i, histon proteinler ve histon olmayan proteinlerin birlikte organize olan karmafl›k bir yap› oluflturmaktad›r. Bu selenoid model olarak adland›r›l›r. Kromatin üzerinde bulunan nükleozomlar, histonlar üzerine sar›lm›fl olan DNA ipli¤inden meydana gelmifl nükleoproteinlerdir (fiekil 7.15). Histon proteinlerin H1, H2A, H2B, H3, H4 olmak üzere befl temel çeflidi vard›r. Histonlar, küçük molekül a¤›rl›klar›na sahip bazik özellikte proteinlerdir. Histon olmayan proteinler ise asidiktir. Kromozomlar›n morfolojik yap›s› incelendi¤inde merkezde yer alan ve sentromer ad› verilen oluflum hücre bölünmesinde kromozomlara hareket özelli¤i kazand›rmaktad›r. Sentromeri bulunmayan kromozomlar varl›klar›n› devam ettiremeyip yok olurlar. Bunun nedeni hücre bölünmesi s›ras›nda ekvatoryal düzleme yerleflememeleridir. Kromatitler sentromerlerden

fiekil 7.15 Nükleozom Yap›s›

Nüklezom

Kaynak: http://tr.wikipedia.o rg/wiki/Dosya:Nucl eosome.jpg Eriflim: 01.04.2011

H1 Histon

DNA

Nüklezom

fiekil 7.16 Sentromer lokalizasyonuna göre kromozom tipleri; A: Metasentrik B: Submetasentrik C: Telosentrik D: Akrosentrik

A

B

C

D

118

Temel Veteriner Genetik

tutularak hücre kutuplar›na çekilirler. Sentromer kromozom üzerinde farkl› bölgelerde lokalize olabilir. Bulunduklar› bölgeye göre de kromozomlara farkl› görünümler kazand›r›rlar. Buna göre kromozomlar farkl› flekilde adland›r›lmaktad›r. Sentromer kromozom düzleminin tam olarak merkezinde yer alm›flsa bu tip kromozomlara metasentrik kromozomlar ad› verilmektedir. Bu tip kromozomlarda kollar eflit uzunluktad›r. Sentromer e¤er merkez noktas› ile herhangi bir kola daha yak›n bölümde yerleflmisse submetasentrik, bir kola çok fazla yak›nlaflm›fl flekilde bulunursa ise akrosentrik ad›n› al›r. Bu tip kromozomlarda bir yöndeki kollar daha uzun flekilde görünürler. Telosentrik kromozomlar sentromeri kolun tam olarak ucunda yer alan kromozomlard›r. Kromozomlarda k›sa kol “p”, uzun kol “q” ad›n› al›r (fiekil 7.16). Baz› kromozomlar›n yap›s›nda ince bir ba¤la kardefl kromatitlerin uç k›s›mlar›na ba¤lanm›fl olan satellit ad› verilen oluflumlar yer almaktad›r. Hücre bölünmesinin telofaz safhas›nda çekirdek oluflumunda görev yapt›¤› düflünülmektedir. Ayr›ca son y›llarda hücre yafllanmas›yla ilgili etkileri üzerine çal›flmalar yürütülmektedir (fiekil 7.17). fiekil 7.17 Kromozom yap›s›

Telomer

K›sa Kol

Satelit Sentomer

Nükleolar Organizasyon Bölgesi

Uzun Kol Telomer

Kardefl Kromatitler

Kromozomlar, morfolojik yap›lar›na göre s›n›fland›r›labilir. Kromozom say›s›, flekli ve büyüklü¤ü göz önüne al›narak yap›lan bu grupland›rmaya karyotiplendirme ya da karyogram ad› verilmektedir (fiekil 7.18). fiekil 7.18 ‹nsan lenfositlerinden elde edilmifl karyogram. 1

6

2

3

7

8

13

14

19

20

4

9

15

21

5

10

11

12

16

17

18

22

X

Y

119

7. Ünite - Genetik Materyalin Yap›s› ve Organizasyonu

Hücrelerde kromozomlar çiftler halinde bulunur ve birbirine efl olan kromozomlara homolog kromozomlar ad› verilir. Kromozomlar›n büyüklük ve say›lar› türden türe de¤ifliklik göstermektedir. Örnek olarak insan kromozom say›s› 46 iken, köpekte bu say› 78’dir. Otozomal ve cinsiyet kromozomlar›nda da bu farkl›l›klar mevcuttur. Örne¤in X kromozomu Y kromozomuna göre daha büyüktür ve morfolojik olarak submetasentrik yap›ya daha uygun iken Y kromozomu genelde akrosentriktir. Floresans insitu hibridizasyon (FISH) yöntemi nedir aç›klay›n›z?

SIRA S‹ZDE

2

D Ü fi Ü N E L ‹ M Kromozom say›lar› ile canl›lar›n geliflmiflli¤i aras›nda bir iliflki var SIRA m›d›r? Aç›klay›n›z. S‹ZDE S O R U D Ü fi Ü N E L ‹ M

3

AMAÇLARIMIZ SIRA S‹ZDE K ‹ T A P AMAÇLARIMIZ

D Ü fi Ü N E L ‹ M SIRA S‹ZDE S O R U D Ü fi Ü N E L ‹ M D‹KKAT S O R U

D‹KKAT S O R U

SIRA S‹ZDE D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

N N N N

SIRA S‹ZDE D‹KKAT AMAÇLARIMIZ SIRA S‹ZDE K ‹ T A P AMAÇLARIMIZ

TKE L‹E VT ‹ ZA Y OP N

T KE L ‹E VT‹ ZAY OPN

TELEV‹ZYON ‹NTERNET

TELEV‹ZYON ‹NTERNET

‹NTERNET

‹NTERNET

120

Temel Veteriner Genetik

Özet

N A M A Ç

1

N A M A Ç

2

Genetik materyal olarak DNA’n›n nas›l keflfedildi¤ini aç›klamak. Canl›larda kal›t›mda rol oynayan temel maddenin ne oldu¤unun anlafl›lmas› üzerine yap›lan çal›flmalar 1800’lü y›llardan beri devam ettirilmekte olup, sürdürülen çal›flmalar›n genetik bilimi olarak adland›r›lmas› ilk kez 1906’da Bateson taraf›ndan yap›lm›flt›r. ‹sviçre’li bilim adam› Fried Miescher, lökosit çekirde¤inden fosfor içeren bir madde izole etmifl ve bu maddeye nüklein ad›n› vermifltir. Ayn› bilim adam›, somon bal›¤›n›n sperm hücrelerinden de bu maddeyi izole edebilmifltir. Asidik özeli¤e sahip oldu¤u anlafl›lan nüklein daha sonra nükleik asit ad›n› alm›flt›r. Kal›tsal materyalin “gen” olarak tan›mlanmas› ise ancak 1909 y›l›nda Johannsen taraf›ndan önerilmifltir. Nükleik asitlerin yap›sal özellikleri araflt›r›lmas›na ra¤men kal›t›mdaki temel madde oldu¤u ancak Frederick Griffith’in pnömokoklar üzerindeki transformasyona dayal› deneyiyle anlafl›labilmifltir. Sonraki y›llarda Oswald T. Avery ve arkadafllar› Colin M. MacLeod ve Maclyn McCarty yapt›klar› deneylerle Griffith’i izlemifllerdir (1944). 1952’de ise Alfred D. Hersey ve Martha Chase T2 faj partikülleriyle gerçeklefltirdikleri deney ile genetik bilginin DNA taraf›ndan tafl›nd›¤›n› kan›tlam›fllard›r. DNA’n›n üç boyutlu yap›s›n›n anlafl›lmas› üzerine araflt›rmalar ise yap›lan bu araflt›rmalar› izlemifltir. DNA’n›n yap› modelini ve özelliklerini 1953 y›l›nda ortaya koyan James D. Watson ve Francis Crick’ in çal›flmalar› bugün halen kabul edilmekte olup; DNA süper- sarmal›n›n ayd›nlat›lmas›na temel oluflturmufltur. Gen ve genom kavramlar›n› aç›klamak. Hücrede yer alan genetik materyalin tamam›na genom ad› verilir. Genellikle DNA ve proteinden oluflan bu yap› içerisinde fonksiyonel ve fonksiyonel olmayan dizilimler bulunmaktad›r. DNA çift sarmal› üzerinde genetik kodlarla tafl›nan kal›tsal bilgi canl›larda tüm metabolik faaliyetlerin düzenlenmesinde de görev al›r. Gen, DNA üzerinde lokus ad› verilen bölgelerde yer alm›fl ve tüm genomun yaklafl›k %2-4’ünü oluflturan DNA segmentleridir. ‹fllevsel bir RNA transkripti ya da polipeptit sentezinden sorumludurlar. Yap›sal ve

düzenleyici olarak genleri s›n›fland›rmak mümkündür. Yap›sal genler protein sentezinde kodlamada görev al›rken, düzenleyici genler ise yap›sal genlerin iflleyiflini kontrol eder. Prokaryot hücrelerde bir kromozom üzerinde ortalama 2000-3000, ökaryotlarda ise 50000-100000 gen bulunmaktad›r. Ökaryot ve prokaryot genler, yap› olarak farkl›l›k göstermektedir. Ökaryot hücrelerin en temel fark› genler içerisine da¤›lm›fl olan kodlanmayan dizilerdir. Bu nedenle ökaryot gen yap›s› parçal› gen olarak adland›r›lmaktad›r. Kodlay›c› bölgelere ekzon, kodlama özelli¤i bulunmayan ve gen yap›s› içerisinde da¤›lm›fl dizilere ise intron denir. Trankripsiyon s›ras›nda gerçeklefltirilen intronlar›n ç›kar›lmas› ve ekzonlar›n birlefltirilmesi ifllemi ile de protein sentezinde kal›p görevi görecek olan m-RNA oluflturulur. Bu iflleme splicing mekanizmas› ya da intron kesimi ad› verilir. Prokaryot gen yap›s›nda ise bu oluflum bulunmamaktad›r. Ökaryotlarda yaklafl›k 70-90 nükleotitten meydana gelen transkripsiyonu artt›r›c› görev yapan ve enhancer ad› verilen bölgeler yer al›r. Hücrelerde fonksiyonel farkl›laflmada rol almaktad›r. Hayvan hücrelerinde bulunan mitokondri ve bitki hücrelerinde fotosentezde görev alan kloroplast kendi DNA’s›na sahip olan organellerdir.

N AM A Ç

3

Nükleik asitlerin fiziksel ve biyokimyasal yap›s›n› yorumlamak. Nükleik asitler olarak adland›r›lan DNA ve RNA, nükleotit ad› verilen temel yap›lardan meydana gelmifltir. Nükleotitler, halkasal 5 karbonlu bir fleker ve organik bazlar›n birleflmesiyle meydana gelen nükleozit ad› verilen yap›ya fosforik asitin ba¤lanmas›yla oluflur. Organik bazlar pürin ve pirimidinler olmak üzere iki gruba ayr›l›r. Pürinler adenin ve guanin; pirimidinler ise sitozin, timin ve urasildir. Birbirlerine z›t yönde uzanm›fl olan iki polinükleotit zincirden oluflmufl olan DNA’n›n yap›s›nda organik bazlar merkezde yer al›r ve bu helezon fleklindeki yap›n›n omurgas›n› olufltururlar. Adenin ile timin aras›nda iki; guanin ile sitozin aras›nda ise üç hidrojen ba¤› bulunmaktad›r. Protein sentezinde DNA’ya yard›mc› molekül olarak görev yapan RNA ise genellikle tek polinük-

7. Ünite - Genetik Materyalin Yap›s› ve Organizasyonu

letit zincirden meydana gelir. Baz› virüsler ise temel genetik materyal olarak RNA’y› kullan›rlar. RNA’n›n yap›s›nda timin yerini urasil alm›flt›r. Genetik flifre, DNA’dan aktar›ld›ktan sonra m-RNA üzerinde her biri bir aminoasiti temsil eden üçlü nükleotitlerle kodlanmaktad›r. Bu üçlü nükleotit dizilerine kodon, kodonlar›n t-RNA’daki karfl›l›¤›na ise antikodon denir. Asidik özelik gösteren DNA, pH 4-11 aras›nda çift sarmal yap›s›n› korur. DNA’n›n bu yap›s› ayn› zamanda ›s›dan da etkilenmektedir. 70-90 °C ›s›da, DNA çift zincirli yap›s› aç›larak tek zincirli yap› haline dönüflür. Bu olaya denatürasyon denir. Uygun flartlar sa¤land›¤›nda denatürasyon olay› geri dönüflümlüdür. DNA’n›n tekrar çift iplikli haline geri dönmesine ise renatürasyon ad› verilmektedir.

N A M A Ç

4

DNA ve RNA aras›ndaki farklar› ve çeflitlerini söylemek. DNA, iki polinükleotit zincirin birbirlerine ters yönde uzanmas›yla meydana getirdi¤i çift sarmal yap›s›na sahiptir. RNA ise genellikle tek polinükleotit zincirden oluflmufltur. DNA, bu helezon yap›n›n merkezinde yer alan organik bazlardan timini bulundurur. RNA ise timin yerine urasile sahiptir. Halkasal formda bulunan pentoz flekerlerinden DNA’da deoksiriboz, RNA’da ise riboz yer almaktad›r. DNA’n›n çift sarmal yap›s›n›n, Watson-Crick modeline uygun olan ve biyolojik DNA olarak adland›r›lan hali B-DNA’d›r. Bu formunun d›fl›nda farkl› fizyolojik koflullar alt›nda A, C, D, E ve ZDNA olarak adland›r›lan tipleri de bulunmaktad›r. Bu DNA tipleri birbirlerinden farkl› morfolojik özellikler göstermektedir. Özellikle Z-DNA heliks yap›s›n›n sola do¤ru dönüfl yapmas› bak›m›ndan göze çarpmaktad›r. RNA protein sentezinde DNA’ya yard›mc› molekül olarak görev yapar ve üç temel çeflidi bulunmaktad›r. Bunlar; tafl›y›c›, mesajc› ve ribozomal RNA’d›r. t-RNA, protein sentezi s›ras›nda translasyon basama¤›nda, DNA’dan RNA’ya aktar›lan flifreye göre tan›mlanacak olan aminoasitlerin tafl›nmas› ve polipeptid zincirine eklenmesinde görev al›r. Sekonder yap›s› yonca yapra¤›na benzetilmektedir. m-RNA’lar DNA’dan ald›¤› genetik bilgiye göre protein sentezlenmesi iflleminde kal›p görevi görür. Hücrede sürekli olarak bulunmay›p, belirli zamanda tekrar yap›l›rlar. Ribozo-

121

mal RNA’lar, ribozomlar›n oluflturulmas›nda temel görev alan yap›lard›r. Toplam RNA miktar›n›n %50-60’›n› olufltururlar.

N A M A Ç

5

Kromozom yap›s› ve organizasyonunu aç›klamak. Genetik flifre, kromozomlar üzerinde yer al›r. Hücre bölünmesinin gerçekleflmedi¤i dönemde kromozomda bulunan genetik materyal çekirdek içerisine da¤›lm›fl halde bulunur ve kromatin olarak isimlendirilir. Hücre, bölünmeye haz›rlan›rken kromatin iplikler yo¤unlaflmaya bafllar ve daha sonra kromozomlar› olufltururlar. Kromozomlar nükleozomlar›n üzerinde dizilmifl olan DNA ipli¤i, histon ve histon olmayan proteinlerden meydana gelen ve selenoid yap› ad› verilen karmafl›k bir yap›ya sahiptir. Histon proteinlerin H1, H2A, H2B, H3, H4 olmak üzere befl temel çeflidi vard›r. Baz› kromozomlar›n yap›s›nda ince bir sapla ba¤lanm›fl olan ve telofaz safhas›ndan sonra çekirdek oluflumunda görev yapan satellit ad› verilen yap›lar mevcuttur. Kromozomlar›n morfolojik incelenmesinde göze çarpan bir di¤er oluflum da sentromerdir. Sentromer, kromozomlara hareket yetene¤i kazand›r›r. Sentromeri olmayan kromozomlar metafaz evresinde ekvatoryal düzlemde yer alamay›p y›k›l›rlar. Ayr›ca sentromerin lokalizasyonuna göre kromozomlar dört de¤iflik flekilde s›n›fland›r›lmaktad›r. Sentromer, kromozom düzlemin ortas›nda yer alm›fl ve kollar eflit uzunluktaysa metasentrik, merkez noktas›yla herhangi bir kola daha yak›n bir bölgede yerleflmiflse submetasentrik; kollardan birine oldukça yaklaflm›fl bir görünüme sahipse akrosentrik ad›n› al›r. Sentromerin bir kolun ucunda bulundu¤u görünüme ise telosentrik ad› verilmektedir. Kromozom say›s›, her bir tür içinde sabittir. Örne¤in s›¤›rda 60 kromozom bulunur. Birbirine efl olan kromozomlara homolog kromozomlar ad› verilmektedir. Kromozomlar›n büyüklükleri ve say›lar› da türden türe de¤ifliklik gösterir. Örnek olarak at›n kromozom say›s› 64 iken, bu say› köpekte 78’dir.

122

Temel Veteriner Genetik

Kendimizi S›nayal›m 1. I. CAA GTA AAC ATA II. GUU CAU UUG UAU III. CUU UAU CAU GAA Yukar›daki dizilimlerden hangileri mRNA üzerinde bulunan bir dizilim olabilir? a. Yaln›z I b. Yaln›z II c. Yaln›z III d. II ve III e. I, II ve III 2. DNA yap›s› itibar›yla .............. ph’ ya sahiptir. Çift sarmall› bir DNA’ n›n tek sarmal bir DNA’ ya göre vizkositesi daha ..........................tir. Afla¤›dakilerden hangisi cümlelerdeki boflluklar› do¤ru olarak tan›mlar? a. asidik - düflük b. bazik- yüksek c. bazik - düflük d. nötr - yüksek e. asidik- yüksek 3. Kromozomlar›n bünyelerinde bulundurduklar› sentromerin yerleflimine göre s›n›fland›r›lmas› afla¤›dakilerden hangisinde do¤ru olarak verilmifltir? a. Metasentrik, telosentrik b. Metasentrik, akrosentrik c. Metasentrik, akrosentrik, telosentrik d. Metasentrik, submetasentrik, akrosentrik, telosentrik e. Telosentrik, submetasentrik, akrosentrik 4. Watson-Crick modeline göre afla¤›daki ifadelerden hangisi yanl›flt›r? a. DNA, bir eksen etraf›nda sa¤a do¤ru dönüfl yapan 2 polinükleotid zincirinden oluflmufltur ve bu zincirler z›t yönlerde uzanm›fllard›r. b. Genetik bilginin oluflturulmas›nda bazlar›n diziliminin herhangi bir önemi yoktur. c. Purin ve pirimidin bazlar› DNA sarmal›n›n merkezinde bulunurlar. d. Adenin-timin bazlar› aras›nda 2 hidrojen ba¤›, guanin ve sitozin aras›nda 3 hidrojen ba¤› vard›r. e. Polinükleotid zinciri boyunca baz dizilimi herhangi bir flekilde kesintiye u¤ramaz.

5. Nükleik asitler ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi yanl›flt›r? a. Nükleik asitler genellikle 5 karbonlu fleker, organik baz ve fosforik asitten oluflmufltur. b. Nükleik asit zincirindeki 5 karbonlu flekerin yap›s›n›n deoksiriboz ve riboz olmas›na göre nükleik asit DNA ve RNA ad›n› al›r. c. DNA ço¤unlukla hücre çekirde¤inde ve az miktarda mitokondri de bulunurken, RNA ço¤unlukla sitoplazma da ve az miktarda çekirdekte bulunur. d. Purin bazlar› adenin ve timin, purimidin bazlar›, guanin, sitozin ve urasildir. e. Purin ve primidin bazlar›n›n birleflimiyle nükleozit ve nükleozitle fosforik asitin birleflmesiyle nükleotid meydana gelir. 6. Baz› kromozomlar›n yap›s›nda bulunan ince bir ba¤la kardefl kromatitlerin uç k›s›mlar›na ba¤lanm›fl olan ve hücre bölünmesinin telofaz safhas›nda çekirdek oluflumunda görev alan yap›ya ne ad verilir? a. Satellit b. Telomer c. Zigot d. Sentromer e. Kromatit 7. Gen yap›s› ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi yanl›flt›r? a. Kromozomlarda sentromer ad› verilen yap›lar kromozomlara hareket yetene¤i kazand›r›rlar. b. Hücre bölünmesinin gerçekleflmedi¤i dönemde kromozomda bulunan genetik materyale kromatin ad› verilmektedir. c. DNA’n›n en kararl› hali olan ve Watson-Crick modeline göre standart yap› olarak kabul edilen DNA çeflidi A-DNA’d›r. d. Hücrede bulunan genetik materyalin tamam›na genom ad› verilir. e. Genomda bulunan ve fonksiyonel olmayan DNA dizilerine çöp DNA denir.

7. Ünite - Genetik Materyalin Yap›s› ve Organizasyonu

123

Okuma Parças› 8. RNA tipleri ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi do¤rudur? a. r-RNA, protein sentezi s›ras›nda translasyon basama¤›nda, DNA’dan RNA’ya aktar›lan flifreye göre tan›mlanacak olan aminoasitlerin tafl›nmas› ve polipeptid zincirine eklenmesinde görev al›r. b. m-RNA, yap›sal özelliklerinden dolay› hücrede sürekli y›k›l›p tekrar yap›l›rlar. c. Kodonlar›n m-RNA’daki karfl›l›¤›na antikodon denir. d. r-RNA’n›n tek zircirli nükleotit dizisinin üç boyutlu bir flekilde katlanmas›yla oluflan sekonder yap›s› yonca yapra¤›na benzetilmektedir. e. Sitoplazmada t-RNA bulunmamaktad›r. 9. ‘.................... olarak tan›mlanan ifade, anlaml› bir RNA transkripti ya da bir proteinden oluflan ifllevsel bir biyolojik ürünün sentezi için gerekli olan bilgiyi içeren DNA parças›d›r.’ Yukar›da bofllu¤u en uygun olarak afla¤›dakilerden hangisi tamamlar? a. Lokus b. Karyotip c. Gen d. Nükleozom e. Kromatit 10. DNA’n›n kimyasal yap›s› ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi do¤rudur? a. DNA’n›n çift sarmal yap›s›n›n kararl›l›¤›, ›s›dan etkilenmez. b. Heliks yap›daki sarmallar›n birbirlerinden ayr›lmas› ifllemine denatürasyon denir. c. Denatürasyon olay› öncelikle guanin-sitozin bazlar› aras›nda gerçekleflir. d. Polinükleotit zincirlerin birbirinden ayr›lmas› olay› geri dönüflümsüzdür. e. Birbirlerine hidrojen ba¤lar› ile ba¤l› olan çift sarmal yap› pH 1-7 seviyelerinde genellikle stabildir.

‹ntronlar›n Keflfi Moleküler klonlamadan önce, ökaryot hücrelerdeki mRNA sentezi hakk›nda çok az bilgi vard›. Ancak, bu olay›n ökaryotlarda bakteride oldu¤undan daha karmafl›k oldu¤u aç›kt›. Ökaryot m-RNA’lar›n›n sentezi, hem transkripsiyona hem de primer transkriptlerin yap›s›n› de¤ifltiren iflleme reaksiyonlar›na gerek duymaktayd›. Daha da önemlisi ökaryot m-RNA’lar› öncelikle çekirdekte bulunan uzun primer transkriptler olarak sentezleniyor ve daha sonra da sitoplazmaya ihraç edilen, çok daha k›sa m-RNA moleküllerine kesiliyor gibiydi. Bu iflleme basamaklar›n›n genel olarak primer transkriptlerin 5’ ve 3’ uçlar›ndan dizilerin ç›kar›lmas›yla iliflkili oldu¤u düflünülüyordu. Bu modelde, uzun primer transkriptlerde bulunan m-RNA’lar bölünmemifl DNA dizileri taraf›ndan kodlan›yorlard›. Bu ökaryot m-RNA görüflü birbirinden ayr› olarak Berget, Moore ve Sharp, Louise Chow, Richard Gelinas, Tom Broker ve Richard Roberts taraf›ndan kesilip eklenmesinin tan›mlanmas›yla önemli derecede de¤iflti. Kesip ekleme mekanizmas›n› bulan iki araflt›rma grubu, insan hücrelerinde m-RNA sentezini araflt›rmak için temel avantaj›, konak hücreden çok daha basit bir model oluflturmas› olan adenovirus 2’yi kulland›. Viral DNA virus partiküllerinden direkt olarak izole edilebilir ve viral yap›sal proteinleri kodlayan m-RNA’lar o kadar yüksek miktarlarda bulunur ki, enfekte hücrelerden direk olarak saflaflt›r›labilir. Berget, Moore ve Sharp deneylerini, hekson ad›yla bilinen bir viral yap›sal polipeptiti kodlayan ve çok miktarda bulunan bir m-RNA üzerine odaklad›lar. Viral genomda hekson m-RNA’s›n› haritalamak için saflaflt›r›lm›fl m-RNA adenovirus DNA’s›na hibridize edildi ve hibrid molekülleri elektron mikroskobuyla incelendi. Beklendi¤i flekilde hekson m-RNA’s›n›n ana k›sm› adenovirus DNA’s›n›n daha önce hekson geni kapsad›¤› gösterilmifl kesim fragmanlar›yla hibridler oluflturdu. Ancak flafl›rt›c› flekilde, hekson m-RNA’s›n›n 5’ ucundaki diziler, mesaj›n ana k›sm›n› kodlayan DNA dizilerine komflu dizilerle hibridize olmad› ve bu da m-RNA’n›n 5’ ucunun viral genomda baflka yerlerde bulunan dizilerden kaynakland›¤›n› düflündürdü. Bu olas›l›k hekson m-RNA’s›n›n hekson geninin yukar›s›nda uzanan bir kesim fragman›na hibridizasyonu ile test edildi. Bu deneyde oluflan m-RNA-DNA hibridleri karmafl›k bir ilmik yap›s› oluflturdular. m-RNA’n›n ana k›sm› daha önceden tan›mlanm›fl hekson DNA dizile-

124

Temel Veteriner Genetik

Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› riyle uzun bir hibrid bölgesi oluflturdu. Çarp›c› olan, hekson m-RNA’s›n›n 5’ ucunun, DNA’n›n, birbirinden ve mesaj›n temel k›sm›ndan, büyük tek iplikçikli DNA ilmiklerle ayr›lan, üç k›sa yukar› bölgesine hibridize olmas›yd›. Hekson m-RNA’s›n›n 5’ ucundaki diziler böylece, viral genomun üç ayr› bölgesinden transkribe oluyordu ve bunlar da, uzun primer transkriptin ifllem görmesi esnas›nda m-RNA’n›n ana bölümüne ekleniyordu. Adenovirüs m-RNA’s›nda kesip-ekleme iflleminin bulunmas›n›, hemen hücresel m-RNA deneyleri takip etti ve ökaryotik genlerin önceden beklenmeyen bir yap›da oldu¤u gösterildi. Kodlanan diziler sürekli de¤ildi, aralar›nda intronlar mevcuttu ve bunlar k›rp›lma ile primer transkriptlerden ç›kar›l›yordu. Art›k intronlar›n, ökaryot genomdaki DNA’n›n büyük k›sm›n› oluflturdu¤u bilinmektedir ve intronlar›n evrim ve gen ifadesinin düzenlenmesindeki rolleri, aktif araflt›rma konular›d›r. Kesilip-eklenme iflleminin bulunmas›; bu beklenmeyen RNA iflleme reaksiyonunun mekanizmas› konusunda da büyük ilgi uyand›rd›. Bu çal›flmalar hem gen ifadesinin düzenlenmesi için yeni mekanizmalar› ortaya ç›kartt›, hem de RNA’n›n yeni katalitik faaliyetlerini gösterdi ve evrimin erken dönemlerinin kendi kendini ço¤altan RNA molekülleriyle oldu¤u hipotezini destekleyen çok önemli deliller sundu. Adenovirus m-RNA’lar›n›n beklenmeyen yap›s› böylece hücresel ve moleküler biyolojinin farkl› alanlar›nda büyük bir etki yapt›. Kaynak: Cooper, G., M., Hausman, R., E., (çev. Meral Sak›zl›, Nefle Atabey). (2006). Hücre, ‹zmir T›p Kitabevi, ‹zmir.

1. d 2. e 3. d 4. b 5. d 6. a 7. c 8. b 9. c 10. b

Yan›t›n›z yanl›fl ise, “RNA ve Yap›s›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “DNA’n›n Fiziksel ve Kimyasal Yap›s›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Kromozom Yap›s›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “DNA’n›n Fiziksel ve Kimyasal Yap›s›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “DNA’n›n Fiziksel ve Kimyasal Yap›s›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Kromozom Yap›s›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Kromozom Yap›s›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “RNA ve Yap›s›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Gen Kavram›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “DNA’n›n Fiziksel ve Kimyasal Yap›s›” konusunu yeniden gözden geçiriniz.

7. Ünite - Genetik Materyalin Yap›s› ve Organizasyonu

125

S›ra Sizde Yan›t Anahtar›

Yararlan›lan Kaynaklar

S›ra Sizde 1 Kodonlar, üçlü olarak dizilmifl nükleotitlerden oluflmufltur. Bu yap› triplet yap› olarak da bilinir. RNA’da 4 tip nükleotit bulundu¤una göre 43 = 64 adet kodon bulunmaktad›r. Bu 64 kodondan 3 tanesi sonland›rma kodonu (UAG, UGA, UAA), 1 tanesi bafllatma kodonu (AUG) olarak görev yapar. Geriye kalan kodonlar ise protein sentezinde yer alan 20 adet amino asidi kodlamak ile görevlidir. Örne¤in; UCU, UCC, UCA ve UCG kodonlar›, Serin (Ser/S) amino asidini kodlamaktad›r.

Anthony, A., J., F., Miller, J., H., Suzuki, D., T., Lewontin, R., C., Gelbart, W., M. (1993). An ‹ntroduction to Genetic Analysis, W. H. Freeman and Company, New York. Cooper, G., M., Hausman, R., E., (çev. Meral Sak›zl›, Nefle Atabey). (2006). Hücre, ‹zmir T›p Kitabevi, ‹zmir. Odabafl›o¤lu, F. (2005). Veteriner Genetik, Selçuk Üniversitesi Bas›mevi, Konya. Russell, P., J. (2006). iGenetics - A Mendelian Approach, Pearson Benjamin Cummings, San Fransisco fiayl›, B., S. (1995). Medikal Genetik ‹lkeler, Türkiye Klinikleri Yay›nevi, Ankara. Ulutin, T., Deviren, A. (2009). Temel Genetik, Cerrahpafla T›p Fakültesi Yay›nlar›, ‹stanbul. Y›ld›r›m, A., Bardakç›, F., Karatafl, M., Tanyolaç, B. (2007). Moleküler Biyoloji, Nobel Yay›n Da¤›t›m, Ankara.

S›ra Sizde 2 Floresan In Situ Hibridizasyon (FISH) genleri, kromozomlar› ve RNA’lar› boyamada fluoresan moleküllerin kullan›ld›¤› bir yöntemdir. Floresan iflaretleme, in situ hibridizasyon prensibine göre, prob ve örnek aras›nda melez bir yap› meydana gelmesiyle sinyale dönüflen bir ifllemdir. Floresan iflaretli k›sa, tek zincirli DNA veya RNA parçalar›na prob ad› verilmektedir. Hedeflenen bölgeyle fluoresan iflaretli proplar›n hibridizasyonu esas›na dayanmaktad›r. Bu yöntem gen haritalanmas›nda ve kromozom aberasyonlar›n›n tan›mlanmas›nda s›k kullan›l›r. Kullan›lan proplar lokus spesifik, sentromerik yada tüm kromozom problar› olabilir. Çal›flman›n amac›na göre prob tercihi yap›l›r. FISH kullan›m alan› oldukça genifl ve kolay bir yöntemdir. S›ra Sizde 3 Kromozom say›lar› türler aras›nda farkl›l›k gösterir ancak canl›lar›n geliflmifllik düzeyleri ile kromozom say›lar› aras›nda pozitif bir ilgileflim yani direk bir iliflki yoktur. Kromozom say›s› artt›kça canl› daha geliflmifl bir yap›ya sahip olmaz. Buna örnek olarak insan›n kromozom say›s› 46 iken, bir bitki türü olan atkuyru¤unda 216 kromozom bulunmaktad›r.

TEMEL VETER‹NER GENET‹K

8 Amaçlar›m›z

N N N N

Bu üniteyi tamamlad›ktan sonra; DNA Replikasyonunun önemini ve mekanizmas›n› tan›mlayabilecek, Replikasyon s›ras›nda görev alan enzim ve molekülleri aç›layabilecek, Protein sentezinin önemini ve mekanizmas›n› tan›mlayabilecek, Protein sentezinde görev alan organel ve enzimlerin ifllevini tan›mlayabilecek bilgi ve beceriler kazanabileceksiniz.

Anahtar Kavramlar • • • •

Replikasyon Translasyon DNA polimeraz RNA polimeraz

• • • •

Kodon Antikodon Ribozom Okazaki fragmenti

‹çindekiler

Temel Veteriner Genetik

DNA Replikasyonu ve Protein Sentezi

• DNA REPL‹KASYONU • REPL‹KASYON BAfiLANGIÇ NOKTASI • DNA REPL‹KASYONUNDA GÖREV ALAN ENZ‹M VE PROTE‹NLER • DNA REPL‹KASYON MEKAN‹ZMASI • PROTE‹N SENTEZ‹ • TRANSKR‹PS‹YON • TRASNLASYON (PROTE‹N SENTEZ‹)

DNA Replikasyonu ve Protein Sentezi DNA REPL‹KASYONU Replikasyonun kelime anlam› kopya ya da ayn›s›d›r. DNA replikasyonu ise DNA’n›n çift ipli¤inin birbirinden ayr›l›p yeni tamamlay›c› ipliklerin sentezlenmesi anlam›nda kullan›lmaktad›r. DNA ipliklerinde yer alan bazlar›n rastgele de¤il belli bir düzen içinde efllefltiklerinin keflfedilmesi ile hücre bölünmesi s›ras›nda DNA’n›n kendini nas›l ço¤alt›¤› daha iyi anlafl›labilmifltir (A-T, G-C). Pek çok protein ve enzimin yer ald›¤› oldukça karmafl›k bir mekanizma ile gerçekleflen bu olay son derece kusursuz ve bir o kadar da h›zl›d›r. Bölünen tüm hücrelerde gerçekleflen replikasyonun amac› DNA’n›n kendini ço¤altmas›d›r. Genetik bilginin atadan döle do¤ru aktar›lmas› devaml›l›¤›n ve üremenin temelidir. Bu kural yaflayan ve üreyen tüm canl› türleri için geçerlidir. Bölünen hücre genetik materyalini iki kat›na ç›kartmal›d›r. Replikasyonda atasal ipliklerin kal›p olarak kullan›lmas›, sentezlenen yeni DNA sarmal›nda bir ipli¤in korunmufl olmas› nedeniyle yar› korunumlu (yar› sakl›, semikonservatif) replikasyon olarak tan›mlanmaktad›r (fiekil 8.1). DNA’n›n yar› korunumlu olarak replike oldu¤u 1958 y›l›nda Meselson ve Stahl’›n E. coli bakterisinde yapt›¤› çal›flmalar ile daha iyi anlafl›lm›flt›r. E. coli, DNA ipli¤inde yer alan azotun hafif izotopu (14N) yerine a¤›r izotopunun (15N) bulundu¤u ortamda üretildi¤inde, sentezlenen yeni DNA sarmal›nda ipliklerden birinde sadece azotun hafif izotopunun (14N), di¤erinde ise sadece a¤›r izotopunun (15N) tesbit edilmesi ile netlefltirilmifltir. Bu çal›flmada sentezlenen yeni iplikler azot ihtiyaçlar›n› ortamda bulunan azotun a¤›r izotopunu (15N) kullanarak gidermifllerdir. Yeni oluflan çift ipliklerin birinde sadece bu azot bulunmaktad›r. Ökaryotlarda ise Taylor, Woods ve Hughes’in, baklan›n kök uçlar›yla yapt›klar› deneyler ile benzer durumun oldu¤u gösterilmifltir. DNA replikasyonu s›ras›nda hata oran› çok düflüktür, oluflan hatalar ise hata düzeltme mekanizmalar› ile düzeltilir. Replikasyonun hatas›z olmas› genetik materyalin korunmas› aç›s›ndan oldukça önemlidir.

128

Temel Veteriner Genetik

fiekil 8.1 3’OH

Yar› sakl› (yar› korunumlu, semikonservatif) replikasyon modeli.

Atasal DNA 5’P 3’OH

Yar› sakl› sentezlenen yeni DNA’lar 5’P 3’OH

5’P

SIRA S‹ZDE

1

D Ü fi Ü N E L ‹ M Replikasyon çatal›: Atasal ipliklerinin birbirinden ayr›ld›¤› S O RveUyeni iki ipli¤in sentezlenmeye baflland›¤› DNA bölgesidir. D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

5’P

5’P

3’OH

3’OH

5’P

3’OH

3’OH 3’OH

5’P

5’P 5’P

3’OH

5’P

3’OH

3’OH

5’P

5’P

3’OH

3’OH

5’P

5’P

3’OH

S‹ZDE DNA ve RNA SIRA da baz eflleflmeleri nas›ld›r?

REPL‹KASYON BAfiLANGIÇ NOKTASI D Ü fi Ü N E L ‹ M

DNA da replikasyonun bafllamas› için çift iplikli DNA sarmal›nda iki iplili¤in ayr›lmas›, denatüre olmas› gerekir. ‹pliklerin birbirinden ayr›ld›¤› yerde replikasyon S O R U çatal› oluflur ve aç›lan bu noktadan bafllayarak her iki ipili¤in karfl›s›na yeni iplik sentezlenir. Replikasyon çatal›n›n olufltu¤u bu özel bölgelere replikasyon orjini D ‹ K K Ada T replikasyon herhangi bir yerde de¤il belli noktalarda bafllar ve denir. Yani DNA bu noktalar türler için özeldir. Prokaryot canl›larda replikasyon orjini bir tanedir, replikasyonSIRA bu S‹ZDE noktadan bafllayarak her iki yöne do¤ru ilerler (fiekil 8.2). Biririnden z›t yönde ilerleyen iki replikasyon çatal› oluflur ve bu çatallar tüm kromozom replike oluncaya kadar atasal DNA üzerinde ilerler, birbiriyle karfl›laflt›klar› noktaAMAÇLARIMIZ da birleflirler. Her iki çatal›n birleflti¤i bu özel sonlanma noktalar›na ter denir. Ökaryotlarda ise bir kromozom üzerinde yüzlerce replikasyon orjini bulunmaktad›r (fiekil 8.3). Örne¤in bir memeli DNA’s›nda 25.000 replikasyon orjini buK ‹ T A P lunur. Bu kadar çok olmas›n›n nedeni ökaryot genomunun prokaryot genomuna göre daha büyük olmas› ve ökaryotlarda replikasyon h›z›n›n prokaryotlara göre 20 kat daha yavafl olmas›d›r. fiayet ökaryotlarda her kromozomda tek bir replikasyon TELEV‹ZYON orjini bulunsayd› replikasyon aylarca sürebilirdi oysa baz› ökaryotik canl›larda replikasyon 3 dakika da tamamlanabilmektedir. Ökaryotlarda bir kromozom üzerinde bulunan replikasyon orjinlerinin hepsinde ayn› anda replikasyon bafllamaz. Belli ‹ N T s›ralamaya ERNET bir düzen ve göre replikasyon orjinlerinde replikasyon bafllar. Oluflan replikasyon çatallar› DNA ipli¤i üzerinde her iki yöne do¤ru ilerler, bir sonraki replikasyon çatal› ile karfl›lafl›nca birbirleriyle birleflirler.

N N

129

8. Ünite - DNA Replikasyonu ve Protein Sentezi

fiekil 8.2 Prokaryotlarda replikasyon orjini bir tanedir, replikasyon bu bölgeden bafllayarak her iki yöne do¤ru ilerler, replikasyon çatallar› bir araya gelince replikasyon tamamlanm›fl olur.

Yeni sentezlenen DNA iplikleri

Replikasyon bafllang›ç noktas›

fiekil 8.3 Ökaryotlarda replikasyon bafllang›ç noktalar› bir kromozom üzerinde birden fazlad›r. Replikasyon çatallar› birbiriyle karfl›lafl›ncaya kadar replikasyon her iki yöne do¤ru devam eder, karfl›laflt›klar›nda yeni sentezlenen DNA uçlar› birlefltirilir.

Yeni sentezlenen DNA ipli¤i

Replikasyon bafllang›ç noktalar›

S‹ZDE Prokaryot ve ökaryot genomunun yap›sal farkl›l›klar› hakk›nda bilgiSIRA veriniz.

2

DNA REPL‹KASYONUNDA GÖREV ALAND ÜENZ‹M VE fi Ü N E L ‹ M PROTE‹NLER 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

DNA polimeraz S O R U Helikazlar Tek zincire ba¤lanan proteinler (single stranded binding proteins, SSBP) DNA giraz D‹KKAT RNA primeri Primaz SIRA S‹ZDE DNA ligaz

DNA Polimeraz

AMAÇLARIMIZ

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

N N

DNA polimeraz enzimi ilk kez 1956’da E. coli’de tan›mlanm›flt›r. Bu enzim bir DNA ipli¤inin karfl›s›na do¤ru bazlar› (deoksinükleotidtrifosfat = dNTP) getirerek tamamlay›c› ipli¤i sentezleme yetene¤ine sahiptir. DNA polimeraz›n yapabilK ‹ T Abunu P mesi için serbest bir 3’ OH (üç üstü hidroksi) grubuna ihtiyac› vard›r, ayr›ca her zaman 5’-3’ yönünde deoksiribonükleotidleri ekleyebilir. DNA polimeraz ayn› zamanda eksonükleaz aktivitesine de sahiptir. Ökaryot ve prokaryotlarda T E L E V ‹ Z Y O N farkl› ifllevleri olan birden fazla tipte DNA polimeraz bulunmaktad›r. Prokaryotlarda bulunan DNA polimeraz I ve DNA polimeraz II, DNA hasar›n›n onar›m›nda görev almaktad›r. DNA polimeraz III ise as›l DNA replikasyonundan sorumlu enzimdir. T E R N E T α (alfa), β Ökaryotlarda ise befl farkl› tip DNA polimeraz bulunmaktad›r.‹ N Bunlar;

SIRA S‹ZDE

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

Eksonükleaz: DNA E L E ya V ‹ da Z Y3’ON molekülleriniT5’-3’ 5’ yönünde hidrolize eden enzim.

‹NTERNET

130

Temel Veteriner Genetik

(beta), γ (gama), δ (delta), ε (epsilon) dur. Çekirdek DNA’n›n Replikasyonunda görev alanlar; α, δ, ε dur. Mitokondriyal DNA replikasyonunda DNA polimeraz γ görev yapar. DNA polimeraz β ise DNA tamirinde görev al›r. Prokaryot ve ökaryot DNA polimerazlar›n adlar›n› ve görevlerini Tablo 8.1 ve 8.2 de inceleyebilirsiniz. Tablo 8.1 Ökaryot DNA polimeraz çeflitleri ve fonksiyonlar›.

Tablo 8.2 Prokaryot DNA polimeraz çeflitleri ve fonksiyonlar›.

Ökaryot DNA polimeraz

Fonksiyonu

DNA polimeraz α (alfa)

Çekirdek DNA’n›n replikasyonu

DNA polimeraz β (beta)

DNA tamiri

DNA polimeraz γ (gama)

Mitokondriyal DNA’n›n replikasyonu

DNA polimeraz δ (delta)

Çekirdek DNA’n›n replikasyonu

DNA polimeraz ε (epsilon)

Çekirdek DNA’n›n replikasyonu Prokaryot

DNA polimeraz

Fonksiyonu

DNA polimeraz I

DNA tamiri

DNA polimeraz II

DNA tamiri

DNA polimeraz III

DNA replikasyonu

Helikazlar Replikasyon çatal›n›n ilerisinde DNA çift sarmal›n› bazlar aras›ndaki hidrojen ba¤lar›n› kopararak açar, replikasyonun ilerlemesini sa¤lar.

Tek Zincire Ba¤lanan Proteinler (Single Stranded Binding Proteins, SSBP) Helikazlar›n açt›¤› tek iplikli DNA’ya ba¤lanarak DNA ipliklerinin tekrar birleflmesini engelleyen küçük proteinlerdir.

DNA Giraz DNA topoizomerazlar olarak bilinen genifl bir grubun üyesidir. DNA’n›n tek ya da her iki ipli¤inde k›r›lmalar yaparak sarmaldaki afl›r› bükülmeleri ve dönüflleri gevfletir. Böylelikle DNA’n›n denatürasyonuna yard›mc› olur.

RNA Primeri ve Primaz DNA polimeraz›n nükleotitleri ekleyerek polinükleotit zincirini uzatmas› için serbest bir 3’OH grubuna ihtiyac› vard›r. Bu nedenle primaz enzimi taraf›ndan DNA kal›p al›narak 5-15 nükleotit uzunlu¤unda bir RNA primeri sentezlenir. Sentezlenen RNA primerinin serbest 3’OH grubuna DNA polimeraz taraf›ndan nükleotitler eklenir ve DNA zinciri uzamaya bafllar.

DNA Ligaz Okazaki parçalar›: DNA’n›n kesintili ipli¤ini oluflturmak üzere birbirine ba¤lanan k›sa yeni sentenlezmifl DNA parçalar›.

DNA polimeraz nükleotitleri sadece 3’ OH grubuna ba¤lama yetene¤ine sahiptir. DNA çift ipli¤i ise birbirine göre antiparalel olarak uzanmaktad›r. Bir di¤er de¤iflle ipliklerden biri 5’-3’ yönünde iken di¤eri 3’-5’ yönündedir. Replikasyon çatal› olufltu¤unda DNA polimeraz 3’-5’ yönünde uzanan ipli¤i (kesintisiz iplik) kesintisiz sentezlerken di¤er iplikte (kesintili iplik) mekanizma ters yönde ifllemek zorundad›r. Kesintili iplikte sentez 1000-2000 bazl›k Okazaki parçalar› (fragman›) halinde olur ve oluflan bu parçalar bir önceki parça ile DNA ligaz enzimi sayesinde birlefltirilir (fiekil 8.4).

131

8. Ünite - DNA Replikasyonu ve Protein Sentezi

SIRA S‹ZDEbilgi veriniz. DNA ipliklerinin sadece 5’-3’ yönünde sentezlenebilmesinin nedeni hakk›nda

fiekilD8.4 Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M

RNA primaz

DNA replikasyonunda S O R U görev alan enzimler ve replikasyon çatal›.

S O R U

DNA ligaz RNA primeri DNA polimeraz

D‹KKAT

D‹KKAT

3’

SIRA S‹ZDE

5’ Okazaki parçac›¤› 5’

AMAÇLARIMIZ

3’

3

SIRA S‹ZDE

Kaynak: http://tr.wikipedia. SIRA S‹ZDE org. Eriflim tarihi 29.03.2011

N N 3’

5’

K ‹ TTopoizomeraz A P

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

DNA polimeraz Helikaz

TELEV‹ZYON

TELEV‹ZYON

Tek DNA ipli¤ine ba¤lanan proteinler

DNA REPL‹KASYON MEKAN‹ZMASI

‹NTERNET

Replikasyon DNA üzerinde yer alan replikasyon orjini ad› verilen özel baz dizilerinin bulundu¤u noktalarda bafllar. Önce helikaz enzimi ile DNA çift sarmal› aç›l›r. Helikaz bunu DNA ipliklerinde yer alan bazlar aras›ndaki hidrojen ba¤lar›n› kopararak yapar. DNA de3’ 5’ natürasyonu gerçekleflince tek zincire ba¤lanan proteinler ayr›lan DNA ipliklerine ba¤lan›r. Böylece ipliklerin yeniden birleflmesini önlenmifl olur. Oluflan replikasyon çatal›nda DNA ipliklerinden A 3’-5’ yönünde uzanan kesintisiz iplikte, primaz enzimi taraf›ndan 5-15 nükleotitden ibaret olan RNA primeri sentezlenir. Daha sonra RNA primerinin serbest 3’OH grubuna kal›p DNA daki baz›n karfl›l›¤› olan baz DNA polimeraz taraf›ndan getirilerek 3’ eklenir. Bu ifllem replikasyon çatal›n›n bir sonraki B C replikasyon çatal› ile karfl›lafl›ncaya kadar kesintiD siz olarak tüm DNA boyunca devam eder. Karfl›E 3’ 5’ 5’ laflma noktas›nda ise yeni sentezlenen ipliklerin uçlar› DNA ligaz ile birbirine eklenir. Sentezlenen yeni iplik 5’-3’ yönündedir (fiekil 8.5). DNA’n›n 5’-3’ yönünde uzanan ipli¤inde ise sentez kesintili olarak devam eder. Replikasyon çatal› aç›ld›kça kesintili iplik üzerinde primaz enzimi taraf›ndan sentezlenen RNA primerine DNA polimeraz nükleotitleri ekler, 1000-2000 bazl›k k›sa parçalar halinde sentezlenen yeni DNA iplikleri (okazaki parçalar›) bir önceki okazaki parçac›¤›na DNA ligaz enzimiyle birlefltirilir (fiekil 8.5).

‹NTERNET

fiekil 8.5 Replikasyon çatal›, A; Atasal DNA, B; Kesintisiz iplik, C: Aksak, kesintili iplik, D; Kesintisiz DNA ipli¤inin karfl›s›nda sentezlenen yeni DNA, E; Kesintili ipli¤in karfl›s›nda sentezlenen okazaki fragmanlar›.

132

Temel Veteriner Genetik

DNA’n›n her iki ipli¤indeki sentez efl zamanl›d›r. Replikasyon tamamland›¤›nda her iki ipli¤in tamam› replike olmufl olur.

Replikasyon Hatalar› DNA replikasyonunun hatas›z olmas› canl›l›¤›n devam› aç›s›ndan önemlidir. Replikasyonda hata oran› çok düflüktür, bu oran eklenen her 109-1010 baz için birdir. Bu hata oran› beklenenin oldukça alt›ndad›r. Bunun nedeni; DNA polimeraz›n baz ekleme s›ras›nda oldukça seçici davranmas›, ekledi¤i her baz›n do¤rulu¤unu kontrol etmesi ve e¤er hatal›ysa ç›kar›p tekrar do¤ru baz› eklemesidir.

PROTE‹N SENTEZ‹ Protein sentezi DNA’daki bilginin ürüne dönüfltürülme ifllemidir. mRNA, tRNA ve ribozomlar›n yan›nda pek çok enzimin yer ald›¤›, biyokimyasal olarak oldukça karmafl›k bir ifllemdir. Bu ifllemde yaklafl›k olarak 300 makromolekül görev al›r. DNA da kodlanan bilginin hatas›z ve bir o kadar da h›zl› ürüne dönüflmesi için mükemmel bir sistemdir. DNA’daki bilginin protein moleküllerine çevrilmesi iki aflamada gerçekleflir. • Transkripsiyon • Translasyon

TRANSKR‹PS‹YON DNA molekülleri çekirdek porlardan geçemeyecek büyüklüktedir. Bu nedenle DNA’daki genetik bilgi ulak (messenger, mRNA) RNA’ya aktar›lmaktad›r. RNA polimeraz enzimi DNA’dan RNA’n›n sentezlenmesini sa¤lar. RNA polimeraz pek çok özelli¤i aç›s›ndan DNA polimeraza benzer, fakat RNA sentezinin bafllang›c›nda bir primere ihtiyaç duymaz. RNA polimeraz genin özgül noktalar›na ba¤lanarak transkripsiyona bafllar. Gen üzerinde yer alan bu özel dizilere promotör denir. RNA polimeraz DNA çift sarmal›n› açarak kal›p ipli¤e uygun nükeotitleri ard›fl›k olarak birbirine ekler, RNA sentezi, polimeraz sonlanma dizisine gelinceye kadar devam eder. Sonlanma dizisine gelince enzim DNA’dan ayr›l›r, sentezlenen RNA serbest kal›r. Ökaryotlarda transkripsiyon prokaryotlara göre biraz daha kompleksdir. Prokaryotlarda RNA polimeraz tektir ve tüm genler ayn› polimeraz ile transkribte edilirken ökaryotlarda üç farkl› RNA polimeraz bulunmaktad›r; RNA polimeraz I, RNA polimeraz II, RNA polimeraz III. Bunlar farkl› gen gruplar›n›n transkripsiyonundan sorumludurlar. Bir di¤er farkl›l›kta, ökaryotlarda sentezlenen bir mRNA da tek bir gene ait bilgi bulunurken, prokaryotlarda birden fazla gene ait bilgi bulunabilmektedir. K›saca prokaryotik RNA polimerazlar DNA da ard›fl›k bulunan pek çok geni bir defada ayn› mRNA’da tarnskripte ederken, ökaryotik RNA polimeraz sadece tek bir gene ait bilgiyi içeren mRNA sentezler (fiekil 8.6). fiekil 8.6 Ökaryotlarda bir mRNA’ da sadece tek bir gene ait bilgi bulunur, prokaryotlarda ard›fl›k birden fazla gene ait bilgi bir mRNA da bulunur.

1.GEN Ökaryot mRNA’s› 1.GEN

2.GEN

3.GEN

4.GEN

Prokaryot mRNA’s›

5.GEN

6.GEN

133

8. Ünite - DNA Replikasyonu ve Protein Sentezi

Ökaryotik mRNA ilk sentezlendi¤inde translasyon için uygun de¤ildir, bu nedenle olgun olmayan mRNA (öncü mRNA ya da pre-mRNA) ad› verilir. Nükleusta sentezlendikten sonra sitoplazmaya geçmeden önce baz› ifllemlere tabi tutulur. Öncü mRNA’lar›n her iki ucunun modifikasyonu ve intronlar›n ç›kar›larak eksonlar›n birbirine ba¤lanmas› ifllemlerinden sonra sitoplazmaya geçer. Prokaryotlarda ise ribozomlar sentez daha tamamlanmadan mRNA’n›n ilk sentezlenen k›s›mlar›na ba¤lanarak translasyona bafllar, yani transkripsiyon ve translasyon ayn› anda olabilmektedir.

TRANSLASYON (PROTE‹N SENTEZ‹) Sentezlenmifl olan mRNA’lar›n tafl›d›¤› bilgiye uygun olarak aminoasitlerin ard›fl›k s›ralanmas›d›r. Bir di¤er deyiflle genetik bilginin ürüne dönüfltürülmesidir. Translasyonda görev alan organel ve makro moleküller flunlard›r; 1. Ulak RNA (mRNA) 2. Ribozom 3. Tafl›y›c› RNA (tRNA) 4. Aminoaçil sentetaz enzimi 5. Aminoasitler

mRNA Ulak RNA (messenger RNA, mRNA) DNA da bulunan bilginin proteine dönüflmesinde çok önemli bir role sahiptir. Ökaryotlarda nükleusta yer alan bilginin sitoplazmaya tafl›nmas›n› sa¤lar. Tek ipliklidir, ökaryotlarda DNA’dan ilk sentezlendi¤inde translasyon için uygun de¤ildir. Bu nedenle öncü mRNA denir. Öncü mRNA intron ve eksonlardan olufltu¤u için oldukça uzundur. Transkripsiyondan sonra eksonükleazlar›n aktivitesi ile intronlar ç›kar›l›p eksonlar birlefltirilir, intronlar›n ç›kar›lmas›yla boyu oldukça k›sal›r. Daha sonra öncü mRNA’n›n 5’ ucuna CAP ad› verilen guanince zengin dizi, 3’ ucuna ise Poly A olarak bilinen ard›fl›k s›ralanm›fl çok say›da adenin eklenir, böylece mRNA protein sentezi için haz›r hale gelir, yap›lan tüm bu ifllemlere splicing denir (fiekil 8.7). Prokaryotlarda ise DNA’dan setezlenen mRNA da intronlar olmad›¤› için DNA’dan sentezlendikten hemen sonra protein sentezine uygundur. mRNA prokaryotlarda birden fazla proteine ait bilgiyi tafl›rken ökaryotlarda tek bir proteine ait bilgiyi tafl›r. mRNA’n›n yar›lanma ömrü prokaryot ve ökaryotlarda fakl›d›r. Memeli hücrelerinde mRNA’lar›n sitoplazmada yar›lanma süresi 30 dakika ile 20 saat aras›nda de¤iflmektedir, prokaryotlarda ise 2-3 dakikad›r. mRNA üzerinde yer alan ribonükleotitler üçlü kodonlar› olufltururlar. Bu kodonlar›n karfl›l›¤› olan anti kodonlar ise tRNA’larda vard›r. Protein sentezinde kodon-anti kodon eflleflmesi sayesinde do¤ru amino asitin ba¤lanmas› sa¤lanmaktad›r. mRNA’lar 5’ bölgelerinde tafl›d›¤›, proteine çevrilmeyen özel baz dizileri sayesinde ribozoma ba¤lan›r. 5’

3’

5UTR

1.Ekson

1.intron

2.Ekson

Öncü mRNA 5’ 5’ CAP

5UTR

1.Ekson

2.Ekson Olgun mRNA

fiekil 8.7

Ökaryotik mRNA’n›n 2.intron 3.Ekson intronlar›n›n ç›kar›l›p eksonlar›n›n birlefltirilmesi, 3’ 3’ ve 5’ uçlara ---AAAAAAAAA 3 UTR 3.Ekson ilave gruplar›n Poli A kuyru¤u ba¤lanmas›.

134

Temel Veteriner Genetik

Tafl›y›c› RNA Tafl›y›c› RNA (tRNA) yap›s› ökaryot ve prokaryotta çok benzerdir. Uzunlu¤u 70-80 nükleotitdir, DNA’dan ilk sentezlendiklerinde oldukça uzundurlar, ifllenmeleri s›ras›nda k›salt›l›rlar. 1965 y›l›nda Holley tRNA yap›s›n› detaylar›yla aç›klam›flt›r. Holley tRNA da yer alan bazlar›n baz› modifikasyonlar geçirerek de¤ifltirildi¤ini ve baz› nükleotitler aras›ndaki ba¤lar nedeniyle de yonca yapra¤› fleklinde oldu¤unu aç›klam›flt›r. tRNA’lar›n 3’ ucunda her zaman CCA, 5’ ucunda ise G nükleotidi bulunur. Amino asitler 3’ ucuna ba¤lan›r (fiekil 8.8). fiekil 8.8 A 3’OH C C

Tafl›y›c› RNA yonca yapra¤› modeli.

5’P C

TψC halkas› D halkas›

De¤iflken halka

Antikodon halkas›

tRNA’n›n yonca yapra¤› modelinde iki uç ve dört halka bulunmaktad›r. Bu halkalar›n herbirinin ad› ve görevi fakl›d›r. TψC halkas›; ribozomu tan›r, Antikodon halkas›; mRNA daki kodonu tan›r, D halkas›; aminoaçil sentetaz enzimini tan›r. DNA da dört baz›n üçlü gruplar halinde farkl› kombinasyonlar› sonucu 64 farkl› kodon bulunmaktad›r. Kodonlardan üçü sonlanma kodonu oldu¤u için geri kalan 61 adet kodon 20 amino asiti kodlamaktad›r. Bu durumda bir amino asit için birden fazla kodon ve tRNA vard›r. Aminoasitlerin protein sentezi s›ras›nda do¤ru olarak protein zincirine eklenmesi için kodon-antikodon baz eflleflmesinin özgünlü¤ü kadar amino asitlerin, do¤ru tRNA’ya ba¤lanmas›na da ba¤l›d›r. Amino asitlerin tRNA’lara ba¤lanmas› aminoaçil sentetaz enzimiyle sa¤lan›r. Her amino asit için sadece bir enzim bulunur. Enzim amino asiti ve ona ba¤lanabilecek tRNA’lar› tan›r, amino asiti tRNA’n›n 3’ ucuna ba¤lar.

Ribozomlar Hücrede protein sentezinin gerçekleflti¤i organeldir. Hücrenin fonksiyonuna göre sahip oldu¤u ribozom say›s› de¤iflir. Protein sentezinin fazla yap›ld›¤› hücrelerde ribozom say›s› di¤er hücrelere göre daha fazlad›r. Prokaryot ve ökaryot ribozomlar› birbirine çok benzer yap›dad›r. Yap›s›nda rRNA ve çeflitli ribozomal proteinler bulunmaktad›r. Ribozomda gerçekleflen reaksiyonlarda peptid ba¤› oluflumunu katilizyen makro molekülün rRNA oldu¤u yap›lan çal›flmalar ile gösterilmifltir. Ribozom büyük ve küçük alt birimden oluflur. ‹ki alt birimin birleflmesiyle oluflan ya-

135

8. Ünite - DNA Replikasyonu ve Protein Sentezi

p›ya monozom denir. Prokaryotlarda ribozom büyüklü¤ü 70S olup, küçük alt birim 30S, büyük alt birim 50S dir. Ökaryotlarda ribozom büyüklü¤ü 80S olup, küçük alt birim 40S, büyük alt birim 60S dir. Ribozomlar›n büyük ve küçük alt birimleri protein sentezi yap›lmad›¤› zamanlarda birbirinden ayr›d›r, protein sentezi s›ras›nda birleflirler. Büyük alt birim üzerinde farkl› kimyasal olaylar›n gerçekleflti¤i üç farkl› bölgeye ayr›l›r. Bu bölgeler peptidil (P), aminoaçil (A), exit (E) olarak adland›r›lmaktad›r (fiekil 8.9). fiekil 8.9

Peptidil bölgesi

Aminoaçil bölgesi

Ç›k›fl bölgesi Büyük alt birim E

P

A

Ribozomun büyük ve küçük alt birimleri translasyon s›ras›nda bir araya gelir, büyük alt birim üzerinde tRNA’lar›n ba¤land›¤› üç özel bölge bulunmaktad›r.

Küçük alt birim

Birden fazla ribozom mRNA üzerinde s›ralan›p ard›fl›k hareket ederek protein sentezi yapabilir. Ribozomlar›n protein sentezi s›ras›nda mRNA üzerinde bu flekilde s›ralanmas›yla oluflan yap›ya polizom (poliribozom) denir (fiekil 8.10). fiekil 8.10 Poliribozom Uzayan polipeptitler

Tamamlanan polipeptitler

3’

mRNA

5’

Ribozom altbirimleri

Translasyon ve Aflamalar› Hücrede gerçekleflen önemli kimyasal reaksiyonlardan biri olan protein sentezi genellikle üç bölümde incelenir. Bunlar; bafllama, uzama ve sonlanmad›r. Translasyon prokaryotlarda ve ökaryotlarda benzer flekilde bafllar ve küçük de¤ifliklikler ile devam eder. Hem prokaryotlarda hemde ökaryotlarda öncelikle mRNA ve metionil-tRNA ribozomun küçük alt birimine ba¤lan›r. Bu üçlü yap›ya ribozomun büyük alt birimi de kat›l›r, bafllama kodonu olan AUG’nin mRNA üzerindeki yeri bulunur ve bafllama kompleksi oluflmufl olur (fiekil 8.11).

136

Temel Veteriner Genetik

fiekil 8.11 Bafllama kompleksi

metionil-tRNA P

E 5’

A

AAG AUG AGG ACG 3’

mRNA

Bafllama kompleksi oluflurken bafllama faktörleri olarak adland›r›lan, ribozomal proteinlerden farkl› olan proteinler ribozomun küçük alt birimine s›ras›yla ba¤lan›r. Prokaryotlardaki bafllama faktörleri; IF-1, IF-2, IF-3 dir. Ribozomun büyük alt biriminin komplekse kat›labilmesi için bafllatma faktörlerinden IF-3 kompleksten ayr›l›r. Ökaryotlarda bafllama faktörleri daha fazlad›r ve yap›sal olarak da prokaryotlardan farkl›d›r. Ökaryotik bafllama faktörleri; eIF-1, eIF-1A, eIF-2, eIF-2A, eIF3, eIF-4A, eIF-4B, eIF-4E, eIF-4G, eIF-5. Bafllama kompleksi tamamlan›nca aminoasitlerin birbirine eklendi¤i ve polipeptit zincirinin olufltu¤u uzama aflamas› bafllar. Bu aflamada ribozomun büyük alt biriminde yer alan ve üç tRNA’n›n ba¤lanmas›na olanak veren peptidil (P), aminoaçil (A), exit (E) bölgeleri önemli rol oynar. Yine bu aflamada uzama faktörleri ad› verilen proteinler görev al›r. Uzama faktörleri prokaryatlarda; EF-Tu, EF-G, EFTs, ökaryotlarda; eEF-1α, eEF-2, eEF-1βγ olarak bilinmektedir. mRNA bafllama kodonu olan AUG ribozomun küçük alt biriminde olacak flekilde ribozoma ba¤lan›r, buna uygun anti kodonu tafl›yan tRNA (metionil-tRNA) ise ribozomun büyük alt biriminin P bölgesine yerleflir. mRNA da yer alan ikinci kodona uygun anti kodonu ve amino asiti tafl›yan ikinci tRNA ise ribozomun büyük alt biriminin A bölgesine yerleflir. ‹kinci tRNA’n›n ribozoma gelmesi ve yerleflmesinde uzama faktörleri (EF-Tu ve eEF-1α) görev yapar. ‹kinci tRNA’n›n ribozoma gelmesiyle uzama bafllam›fl kabul edilir. Uzama s›ras›nda kodonlar›n karfl›l›¤› olan antikodon ve buna uygun amino asiti tafl›yan tRNA’lar›n ribozoma hatas›z ba¤lanmas›n›n kontrolünde ribozomun yap›s›nda yer alan rRNA’lar görev al›r. Uzama faktörlerinin ribozomdan ayr›lmas› sonras›nda A ve P bölgelerinde yer alan tRNA’lardaki amino asitler aras›nda peptid ba¤› oluflur. Böylece P bölgesindeki tRNA aminoasitini A bölgesindeki tRNA’ya verir ve kendisi yüksüz kal›r. Amino asitini vermifl olan tRNA P bölgesinden E bölgesine, A bölgesindeki tRNA da P bölgesine geçer, ribozom mRNA üzerinde bir kodon kadar ilerler, bu aflamada uzama faktörlerinden EF-G, eEF-2 görev al›r. Ribozomdaki A bölgesinin boflalmas› oraya yeni bir aminoaçil tRNA kompleksinin ba¤lanmas›na ve E bölgesindeki yükünü vermifl olan tRNA’n›n kompleksten ayr›lmas›na neden olur. Ribozomun mRNA üzerindeki ilerlemesi dur kodonuna rastlay›ncaya kadar devam eder. Sonlanma kodonu, stop kodonu olarak da adland›r›lan bu kodonlar herhangi bir amino asit kodlamazlar. Bu nedenlede bunlar› tan›yan ve bunlara uygun anti kodonu tafl›yan bir tRNA bulunmaz. Ribozom bu kodonlara geldi¤inde sonlanma faktörleri ad›n› verdi¤imiz protein yap›lar devreye girer, sonlanma kodonlar› farkl› sonlanma faktörleri (RF) taraf›ndan tan›n›r. Sonlanma kodonlar› ve sonlanma faktörleri prokaryot ve ökaryotlarda ayn› de¤ildir. Afla¤›daki Tablo 8.3’de sonlanma kodonlar›n› ve bunlar› tan›yan sonlanma faktörlerini inceleyebilirsiniz.

137

8. Ünite - DNA Replikasyonu ve Protein Sentezi

Prokaryot

Tablo 8.3 Prokaryot ve ökaryot sonlanma faktörleri.

Ökaryot

Sonlanma Faktörü

Sonlanma Kodonu

Sonlanma Faktörü

Sonlanma Kodonu

RF1

UAA

eRF1

UAA

RF2

UAG

UGA

UAA

UAG

UGA

Ribozom sonlanma kodonuna geldi¤inde A bölgesinde bulunan dur kodonuna uygun sonlanma faktörü ba¤lan›r. Sonlanma faktörü P bölgesinde yer alan tRNA ve polipeptit aras›ndaki peptit ba¤›n›n kopar›lmas›n› sa¤lar, oluflan polipeptit serbest kal›r. Ribozom alt birimleri ve mRNA birbirlerinden ayr›l›r. Protein sentezi tamamlanm›fl olur.

fiekil 8.12

1; mRNA ribozomun küçük alt birimine ba¤lan›r, bu komplekse ribozomun büyük alt birimi de kat›l›r. Daha sonra AUG kodonunun karfl›s›na metionil-tRNA gelerek büyük alt birimin P bölgesine yerleflir, böylece bafllama kompleksi oluflur. 2; Bafllama kompleksi olufltuktan sonra ikinci kodona uygun amino asiti tafl›yan tRNA ribozomun A bölgesine ba¤lan›r. 3; P bölgesinde bulunan metionil-tRNA amino asiti ile A bölgesindeki tRNA’n›n tafl›d›¤› amino asit aras›nda peptid ba¤› oluflur ve P bölgesindeki tRNA E bölgesine geçer. 4, 5, 6; Ribozom bir kodon yana kayar, boflalan P bölgesine A bölgesindeki tRNA ve aminoasitleri geçer. A bölgesi boflal›nca üçüncü kodona uygun amino asit buraya tafl›n›r ve polipeptid zinciri uzamaya bafllar.

‹kinci amino asiti tafl›yan tRNA

Metionil tRNA

Metionil tRNA

‹kinci amino asiti tafl›yan tRNA

Büyük alt birim

5’

AAG AUG AGG ACG 3’

5’

AAG AUG AGG ACG 3’

mRNA 1

5’

Küçük alt birim

AAG AUG AGG ACG 3’

2

5’

AAG AUG AGG ACG

3’

mRNA 3

4

Uzayan Polipeptid dizisi 5’

AAG AUG AGG ACG

5

3’

5’

AAG AUG AGG ACG

6

3’

D Ü fi Ü N E L ‹ M AMAÇLARIMIZ S O R U

K ‹ T A P

138

N N

AMAÇLARIMIZ ‹NTERNET

K ‹ T A P

S O R U K ‹ T A P

Temel Veteriner Genetik

D‹KKAT

D‹KKAT

TELEV‹ZYON SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M AMAÇLARIMIZ

Hem prokaryot hem de ökaryotlarda bir mRNA birden fazla ribozom taraf›ndan TELEV‹ZYON ayn› anda okunabilir, SIRA S‹ZDE bir ribozom senteze bafllad›ktan 100-200 baz sonra yeni bir ribozom sentez için mRNA’ya ba¤lan›r ve ayn› anda sentez yapabilir.

N N

AMAÇLARIMIZ ‹NTERNET http://tr.wikipedia.org/wiki adresinden konu ile ilgili bilgi ve resimlere ulaflabilirsiniz.

Hücre: Moleküler Ceoffrey M. Cooper, Robert E. Hausman. Üçüncü Bask›. K ‹ T AYaklafl›m. P

TELEV‹ZYON

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

‹NTERNET

8. Ünite - DNA Replikasyonu ve Protein Sentezi

139

Özet

N A M A Ç

1

N A M A Ç

2

DNA Replikasyonunun önemini ve mekanizmas›n› tan›mlamak. DNA replikasyonu yaflayan ve ço¤alan her canl› için vazgeçilmezdir. Canl›larda kendilerine benzeyen yeni canl›lar›n oluflmas› ve türün devaml›l›¤› bu sayede gerçekleflir. Hücre kendi sahip oldu¤u genetik materyalin bir kopyas›n› yaparak yeni oluflacak olan hücreye aktar›r. Genetik materyal hücrede gerçekleflen tüm olaylar›n temelini ve kontrolünü yapt›¤› için kendini kusursuz bir flekilde kopyalamal›d›r. Replikasyonun kusursuz bir flekilde yap›lmas› hücre ve tüm canl› türlerinin devaml›l›¤› aç›s›ndan çok önemlidir. Replikasyon mekanizmas› oldukça kompleks kimyasal bir süreç olmakla birlikte bugün mekanizmay› anlayabilmekteyiz. Hücrede gerçekleflen bu olay laboratuvar koflullar›ndada yap›labilmekte ve bu sayede pek çok genetik kökenli hastal›l›¤›n tan› ve sa¤alt›m› yap›labilmektedir.

N A M A Ç

3

N A M A Ç

4

Replikasyon s›ras›nda görev alan enzim ve molekülleri aç›lamak. DNA replikasyonunda çok say›da makro molekül, protein ve enzim görev almaktad›r. Bunlar›n yap› ve fonksiyonlar› prokaryot ve ökaryot canl›larda birebir ayn› olmasada çok yüksek oranda benzerdir. Özellikle bakterilerde yap›lan ilk çal›flmalarda elde edilen sonuçlar ökaryotik canl›larda da araflt›r›lm›flt›r. Replikasyon mekanizmas›nda yer alan makro moleküllerin deflifre edilmesiyle laboratuvar ortam›nda moleküler olarak DNA’n›n yap›s› ve iflleyifliyle ilgili çal›flmalar yap›labilmifltir.

Protein sentezinin önemini ve mekanizmas›n› tan›mlamak. Protein sentezi hücrede gerçekleflen biyokimyasal bir ifllemdir. Her hücrede gerçekleflen bu olay hücrenin canl›l›¤›n› sürdürebilmesi için gereklidir. Protein sentezinde genetik bilgi ürüne dönüflür, hücrenin yap› ve fonksiyonuna ba¤l› olarak hücrede farkl› türde ve say›da protein sentezlenmektedir. Bir hücrede protein sentezinde yaklafl›k 300 makro molekül ve pek çok organel görev al›r. Kompleks bir olay olmakla birlikte hata oran› düflüktür. Hücrede gercekleflen olaylarda çok çeflitli enzim ve moleküller görev al›r. Bunlar›n ço¤unlu¤u protein yap›s›ndad›r. Bu nedenle bu proteinlerin üretilmesi ve hücrede fonksiyon yapabilmesi için h›zl› ve hatas›z gerçekleflmesi gereken bir süreçtir. Protein sentezinde görev alan organel ve enzimlerin ifllevini tan›mlamak. Protein sentezinde DNA dan RNA polimeraz arac›l›¤› ile sentezlenen mRNA kal›p görevi yapar. mRNA ribozom alt birimlerine yerleflir, bafllama kodonuna uygun amino asiti tafl›yan tRNA’n›n ribozoma gelmesiyle bafllama kompleksi ad› verilen yap› oluflur. mRNA da yer alan kodonlara uygun olan amino asitler s›ras›yla birbirine eklenerek polipeptid zinciri oluflturulur. Dur kodonuna ulafl›l›ncaya kadar devam eden bu süreçte bafllama, uzama ve sonlanma faktörleri olarak adland›r›lan proteinler görev al›r. Prokaryot ve ökaryot hücrelerde benzer mekanizmalar ile protein sentezi gerçekleflir. En önemli fark prokaryotlarda transkripsiyon tamamlanmadan serbest olan mRNA ucundan translasyon bafllarken, ökaryotlarda transkripsiyon nukleusta, translasyon sitoplazmada gerçekleflir.

140

Temel Veteriner Genetik

Kendimizi S›nayal›m 1. “ATTGCTATCGAG” afla¤›dakilerden hangisi verilen DNA ipli¤inin tamamlay›c› dizisidir? a. TAACGTTAGC b. TAACGAATAG c. TAACGATAGCTC d. TAGCAAATAG e. TAACAAATAG 2. DNA’n›n kendi benzerini sentezlemesine ne ad verilir? a. Transkripsiyon b. Translasyon c. Transformasyon d. Replikasyon e. Amplifikasyon 3. “TTAATGCGCG” afla¤›dakilerden hangisi verilen DNA dizisinden sentezlenmifl RNA dizisi olabilir? a. AATTACGCGC b. AATTTCGCGC c. AAUUACGCGC d. AAUUATGCGC e. AATTACGUGC 4. Afla¤›dakilerden hangisi DNA replikasyonunda görev alan enzimlerden biri de¤ildir? a. DNA polimeraz b. DNA ligaz c. Helikaz d. DNA giraz e. RNA polimeraz 5. DNA replikasyonu s›ras›nda oluflan okazaki parçalar›n› birbirine ekleyen enzim afla¤›dakilerden hangisidir? a. DNA giraz b. Primaz c. Helikaz d. DNA ligaz e. RNA polimeraz

6. Transkripsiyon ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi yanl›flt›r? a. RNA kal›p olarak kullan›l›r. b. DNA kal›p olarak kulan›l›r. c. Transkripsiyon sonras› mRNA oluflur. d. Hem prokaryot hemde ökaryot hücrede gözlenir. e. RNA polimeraz›n aktivitesi ile gerçekleflir. 7. DNA da transkripsiyon bafllang›ç noktalar›nda bulunan özel diziye ne ad verilir? a. Okazaki fragman› b. Replikon c. Promotör d. ‹ntron e. Ekson 8. Translasyon s›ras›nda oluflan bafllama kompleksinde afla¤›dakilerden hangisi yoktur? a. Ribozom küçük alt birimi b. Ribozom büyük alt birimi c. mRNA d. tRNA e. RF1 9. Afla¤›dakilerden hangisi translasyonda görev almaz? a. Aminoasitler b. RNA polimeraz c. Ribozom d. tRNA e. Aminoaçil sentetaz 10. tRNA ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi yanl›flt›r? a. 5’ ve 3’ olmak üzere iki ucu vard›r. b. Farkl› fonksiyonlar› olan dört halkas› vard›r. c. Amino asite spesifik olarak ba¤lan›r. d. 64 adet tRNA çeflidi bulunur. e. Anti kodonuna uygun amino asiti tafl›r.

8. Ünite - DNA Replikasyonu ve Protein Sentezi

141

Okuma Parças› Ribozomal RNA’NIN Katalitik Rolü Ribozomlar›n protein sentezindeki rolü 1960’ larda aç›klanm›flt›r. Bu dönemde ribozomlar protein ve RNA’dan oluflan partiküller olarak tan›mlanm›fl ve saflaflt›r›lm›fl alt birimlerden fonksiyonel ribozomlar›n tekrar oluflumu gerçeklefltirilmifltir. Bu y›llarda genellikle peptid ba¤› oluflumunun (peptidil transferaz reaksiyonu) ribozom yap›s›ndaki rolünü de destekleyecek flekilde rRNA öncülü¤ünde ribozomal proteinler taraf›ndan katalizlendi¤i kabul ediliyordu. Bununla birlikte, daha 1970’ lerde protein sentezinde rRNA n›n daha do¤rudan bir rol oynayaca¤›n› destekleyen deliller gelme¤e bafllad›. Örne¤in ribozomal proteinlerden birço¤unun ribozom fonksiyonu için vazgeçilmez olmad›¤› bulundu. Bunun aksine, rRNA’ n›n baz› k›s›mlar›ndaki dizilerin evrim boyunca çok korunmufl oldu¤unun gösterilmesi rRNA molekülünün bu k›s›mlar›n›n kritik fonksiyonlar› oldu¤unu düflündürmektedir. RNA n›n katalitik aktivitesi 1980’lerin bafl›nda Sidney Altman’›n RNaz P ve Tom Cech’in Tetrahymena’da ribozim çal›flmalar› ile kabul edildi. RNA katalizi ile ilgili bu keflifler rRNA’n›n peptid ba¤› oluflumunun katalizine do¤rudan kat›ld›¤› hipotezine de örnek oluflturdu. rRNA’n›n bu rolünü destekleyen en güçlü kan›t 1992’de Harry Noller ve arkadafllar›n›n yay›n›ndan geldi. Noller ve arkadafllar› rRNA’n›n katalitik aktivitesini çal›flmak için peptidil transferaz aktivitesini test etmek üzere basit bir model reaksiyon kulland›lar. Bu reaksiyon, radyoaktif iflaretli N-formilmetioninnin, bir tRNA fragman›ndan, aminoaçil tRNA’ya benzeyen ve uzamakta olan polipeptid zinciri ile peptid ba¤› oluflturan bir antibiyotik olan puromisinin amino gurubuna transferini ölçmekteydi. Bu peptidil transferaz model reaksiyonunun avantaj› küçük ribozomal alt birim, di¤er protein faktörler ve mRNA gerekmeksizin izole edilmifl 50S ribozomal alt birim ile yap›l›yor olmas›d›r. Araflt›r›c›lar daha sonra ribozomal proteinleri standart protein izolasyon ifllemleri ile uzaklaflt›rarak 50S alt biriminin peptidil transferaz aktivitesini test ettiler. Deneylerin önemli bir yönü de ribozomlar›n Thermus aquaticus bakterisinden kullan›lmas›d›r. Bu bakteri yüksek s›cakl›kta yaflad›¤›ndan, rRNA’lar›n yap›s›n›n E.Coli RNA’lar›ndan daha dayan›kl› oldu¤u düflünüldü. T.aquaticus ribozomlar›n›n peptidil transferaz aktivitesinin fenol, proteazlar ve deterjan gibi güçlü izolasyon ifllemlerine tamamen dirençli olmas› da elefltiriye aç›k bir sonuçtur. En çarp›c› olan› da ribozomal proteinlerin

%90’›n› uzaklaflt›ran izolasyon ifllemlerinin tekrarlanmas›na ra¤men tüm peptidil transferaz aktivitesinin devam etmesidir. Buna karfl›l›k izole edilmifl veya tüm ribozomlar›n peptidil transferazlar› çok k›sa bile olsa RNaz muamelesine afl›r› duyarl›d›r. Her ne kadar bu deneyler olas› ribozomal protein kal›nt›s›n› engellemese de 23S rRNA’n›n peptidil transferaz reaksiyonuna do¤rudan katk›s› oldu¤una güçlü bir destek sa¤lad›. Noller’in deneylerinin sonuçlar› 2000 y›l›nda Peter Moore, Thomas Steitz ve arkadafllar› taraf›ndan 50S ribozomal alt biriminin yüksek çözünürlüklü yap›sal analizleri kesin olarak do¤ruland›. Peptidil transferaz reaksiyonunun gerçekleflti¤i ribozom bölgesi sadece rRNA içerir ve etraf›nda hiç ribozomal protein bulundurmaz. Bu sonuçlar RNA’n›n bu reaksiyondaki katalitik rolü ile ilgili tüm flüpheleri yok etti ve protein sentezinin temel reaksiyonunun ribozomal RNA taraf›ndan katalizlendi¤ini gösterdi. Bu bulgular sadece bizim ribozom fonksiyonunu anlamam›z üzerine de¤il, ayn› zamanda RNA molekülünün daha önceden tan›mlanm›fl katalitik aktivitesi ve evrimin erken dönemlerinde kendini replike eden RNA molekülleri ile dolu bir RNA dünyas› oldu¤u hipotezini de çarp›c› bir flekilde desteklemektedir. Bu hipotez daha önceden RNA moleküllerinin kendi replikasyonlar› için gerekli reaksiyonu katalizledikleri temeli üzerine kurulmufltur. RNA n›n protein sentezinde yer alan reaksiyonlar› katalizleyebilmesinin keflfi RNA dünyas› ile günümüz hücrelerindeki peptid ba¤› oluflumunda anahtar rol oynamas› RNA n›n hala fonksiyonuna devam etmesi ile genetik bilgi ak›fl› aras›nda net bir ba¤ oluflturmaktad›r. Kaynak: Unusual Resistance of Peptidyl Transferase to Protein Extraction Procedures Harry F.Noller, Vernita Hoffarth, and Ludwika Zimniak University of California at Santa Cruz. Science, Volume 256, 1992, pages 1416-1419

142

Temel Veteriner Genetik

Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› 1. c 2. d 3. c 4. e

5. d

6. a 7. c 8. e 9. b 10. d

Yan›t›n›z yanl›fl ise, “DNA Replikasyonu” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “DNA Replikasyonu” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “DNA Replikasyonu” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “DNA Replikasyonunda Görev Alan Enzimler ve Proteinler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “DNA Replikasyonunda Görev Alan Enzimler ve Proteinler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, ”Protein Sentezi” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Transkripsiyon” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Transkripsiyon” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Translasyon” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Translasyon” konusunu yeniden gözden geçiriniz.

S›ra Sizde 2 Prokaryotlar›n büyük ço¤unlu¤unda DNA halkasald›r, ökaryotlarda do¤rusald›r. Prokaryot genomu ökaryot genomundan çok küçüktür. Prokaryotlarda DNA bütündür, ökaryotlarda parçal›d›r. Prokaryotlarda tekrar dizileri ve kodlanmayan DNA bölgeleri yoktur. Ökaryot genomunun büyük ço¤unlu¤u tekrar dizilerinden ibarettir. Prokaryot genlerinde intronlar yoktur. Ökaryot genlerinde intronlar bulunur. Prokaryot genomunun kopyalar› bol miktarda ayn› hücrede bulunur. Ökaryotlarda genellikle hücre içinde tek kopya olarak bulunur. S›ra Sizde 3 DNA 5’ -3’ yönünde uzayabilir. Çünkü polimerleflme için gerekli olan enerji uzayan zincirin 3’ hidroksil grubuna eklenen serbest dNTP’nin 5’ trifosfat grubunun hidrolizinden elde edilmektedir. fiayet 5’ fosfat grubuna dNTP’lar eklenseydi gerekli enerji DNA ya ba¤l› son nükleotidin 5’ fosfat grubunun hidrolizi ile sa¤lanacakt›. Böyle olsayd› DNA polimeraz yanl›fl eklenmifl son nükleotidin ç›kar›lmas› için gerekli olan enerjiyi sa¤layacak kaynak bulamayacakt›. Sonuç olarak DNA sentezinde olabilecek hatalar›n düzeltilebilmesi için 5’-3’ yönünde uzamas› mutlakt›r.

S›ra Sizde Yan›t Anahtar›

Yararlan›lan Kaynaklar

S›ra Sizde 1 Nükeik asitlerin temel yap›s›n› nükeotidler oluflturmaktad›r. Nükleotidler üç bölümden oluflur; Azotlu baz, riboz fleker (RNA) (deoksiriboz fleker DNA) ve fosfat grubu. Nükleotid yap›s›nda bulunan bazlar pürin ve primidin olmak üzere iki gruba ayr›l›r. Pürin bazlar; adenin (A), guanin (G), primidin bazlar; timin (T), sitozin (C), urasil (U)’dir. Çift iplikli DNA da her zaman pürin bir baz›n karfl›s›nda primidin bir baz bulunur. Bu nedenle her zaman A-T ile G-C ile karfl›l›kl› olarak bulunur. RNA da durum daha fakl›d›r. RNA da T bulunmaz onun yerine U bulunur. RNA kendi üstüne katlanmad›kça tek ipliklidir. E¤er kendi üstüne katlan›rsa efllenirse bazlar; A-U, G-C fleklinde efllenir.

Cooper GM., Hausman RE. (2006). Hücre: Moleküler Yaklafl›m. Çev. Sak›zl› M., Atabey N. ‹zmir, ‹zmir T›pKitapevi. Klug WS., Cummings MR. (2002). Genetik. Çev. Öner C. Ankara, Palme Yay›nc›l›k. Passarge E. (1995). Renkli Genetik Atlas›. Çev. Lüleci G., Sak›zl› M., Alper Ö. ‹stanbul, Nobel T›p Kitapevleri. http://tr.wikipedia.org. Eriflim tarihi: 28.03.2011

TEMEL VETER‹NER GENET‹K

9 Amaçlar›m›z

N N N N

Bu üniteyi tamamlad›ktan sonra; Mutasyon ve polimorfizm tan›mlar›n›n ayr›m›n› yapabilecek, Mutasyonlar› yorumlayabilecek ve mutasyonla ilgili baz› tan›mlar› yapabilecek, Gen mutasyonlar›n›n bafll›ca tiplerini ve farkl›l›klar›n› aç›klayabilecek, Kromozomal sapmalar›n bafll›ca tiplerini ve farkl›l›klar›n› aç›klayabilecek ve yorumlayabilecek bilgi ve beceriler kazanabileceksiniz.

Anahtar Kavramlar • Mutasyon • Mutagenezis • Gen mutasyonlar›

• Kromozomal sapmalar • Mutajenler

‹çindekiler

Temel Veteriner Genetik

Gen Mutasyonlar› ve Kromozomal Sapmalar

• GEN MUTASYONLARI VE BAfiLICA MUTASYON T‹PLER‹ • KROMOZOMAL SAPMALAR

Gen Mutasyonlar› ve Kromozomal Sapmalar GEN MUTASYONLARI VE BAfiLICA MUTASYON T‹PLER‹ Birçok organizma için genetik materyal olan DNA ile ilgili olarak baz› özellikler 7. bölümde verilmifltir. Bunlardan en önemlileri kendini kopyalamas› (replikasyon), bilgiyi depolamas› (transkripsiyon), ifade edilmesi (translasyon) ve mutasyon nedeniyle varyasyon oluflmas›d›r. Mutasyon genetik bilgiyi oluflturan dizilerde meydana gelen de¤iflimlerdir. Burada mutasyon ve polimorfizm kavramlar›n› birbirinden ay›rmak gerekir. Mutasyon, DNA’n›n yap›s›nda normalden farkl›laflmaya neden olan ve s›kl›k bak›m›ndan polimorfizmden daha nadir görülen genetik de¤iflimleri kapsarken; polimorfizm populasyon genelinde daha yayg›n olarak bulunan (%1 veya daha fazla), bulundu¤u bireyi olumlu ya da olumsuz olarak etkileyen genetik de¤iflimleri ifade etmektedir. Polimorfik dizi varyantlar›na ba¤l› olarak ortaya ç›kan kan gruplar› veya don farkl›l›klar› polimorfizme örnek verilebilir. Histon ve histon olmayan proteinlerle paketlenmemifl DNA molekülünde meydana gelen ve genellikle tek bir geni etkileyen mutasyonlara gen mutasyonlar› ad› verilmektedir. Daha fazla bölgeyi kapsayan ve DNA molekülünün yo¤unlaflm›fl flekli olan kromozomlarda meydana gelen de¤iflimler ise kromozom mutasyonlar› ad›n› almaktad›r. Ancak kromozomlar için s›kl›kla kromozomal sapma veya de¤iflim kavramlar› kullan›lmaktad›r. Bu yüzden kromozomal sapmalar ayr›ca incelenecektir. Gen mutasyonlar›n›n çeflitli s›n›fland›rmalar› bulunmaktad›r. Örne¤in DNA’da oluflan de¤iflimin tipine göre (nokta mutasyonlar›) s›n›fland›r›labilecekleri gibi flekillendi¤i yere göre (somatik ve germ mutasyonlar) veya protein fonksiyonu üzerindeki etkilerine göre de s›n›fland›r›labilirler. Bu bölümde 3 farkl› grupland›rma içerisinde mutasyonlar tan›mlanacakt›r.

Nokta Mutasyonlar› Nokta mutasyonlar› iki genel kategoriye ayr›lmaktad›r. Bunlar, baz çifti yer de¤iflimleri ve çerçeve kaymas› mutasyonlar›d›r.

Yer De¤iflim Mutasyonlar› Baz de¤iflim mutasyonlar›, bir nükleotidin di¤er bir nükleotide de¤iflimi fleklinde görülmektedir. E¤er nükleotid de¤iflimi ayn› grup içinde yani pürinler (A→G veya G→A) ya da pirimidinler (C→T veya T→C) aras›nda meydana gelmifl ise bu tür

146

Temel Veteriner Genetik

mutasyonlara transisyon-de¤iflim mutasyonlar› ad› verilmektedir. Nükleotid de¤iflimi farkl› gruplara dönüflüme, di¤er bir deyiflle, pürinden pirimidine veya piriminden pürine dönüflüme neden olmufl ise böyle mutasyonlara da transversiyon-dönüflüm mutasyonlar› ad› verilmektedir (fiekil 9.1). fiekil 9.1 NH2

NH2

Transisyon ve transversiyon mutasyonlar›.

C

H

N

N

C

C

C

N

Transversiyon C

N

N

H O Sitozin

Adenin

C

H

H2 N

C C

C

N

Timin

H

O

H

N C

C

H

Transisyon

Guanin

N

N

C

H

H Transisyon O

C

C

N

H

N H

O Transversiyon

C

C

N

C C

CH3

H

H

Protein kodlayan genlerdeki yer de¤iflim mutasyonlar› proteini oluflturan amino asit dizilimindeki etkilerine göre de kendi aralar›nda s›n›fland›r›labilirler:

Sessiz ve Nötral Mutasyonlar

Hidrofobik: Kimyasal yap›s› nedeniyle suda çözünmeyen ve kendisi gibi moleküllerle hidrofobik etkileflimler sayesinde bir arada kalabilen moleküle verilen isimdir. Asidik: Tepkimelerde H+ iyonu verebilen moleküllerdir. Asidik s›v›lar›n pH’s› 7’den düflüktür.

E¤er mutasyon, genin kodlad›¤› proteinin yap›s›nda veya fonksiyonunda herhangi bir de¤ifliklik oluflturmuyorsa sessiz veya nötral mutasyon olarak isimlendirilir. Sessiz mutasyonlarda, gende oluflan bir bazl›k de¤iflim Wobble hipotezinden de hat›rlayaca¤›n›z gibi ayn› aminoasidi kodlayabilece¤inden yine ayn› amino asit üretimi ile sonuçlanmaktad›r. Özellikle üçlü kodon yap›s›n›n son nükleotidinde meydana gelen baz de¤iflimleri sessiz mutasyona neden olmaktad›r. fiekil 9.2’de Lösin amino asidini kodlayan GAA kodonunun 3. nükleotidinde meydana gelen adeninden timine dönüflüm GAT kodonunun oluflmas›na sebep olmaktad›r. Ancak genetik kodun dejenere olmas› özelli¤i nedeniyle, polipeptit üretimi s›ras›nda yine Lösin amino asidi ça¤r›lmaktad›r. Nötral mutasyonlar ise önceki ile ayn› kimyasal özelliklere sahip (hidrofobik veya asidik) farkl› bir amino asit üretilmesine ba¤l› olarak yine ayn› polipeptit ürünü ile sonuçlanan mutasyonlard›r. Böylece oluflan proteinin fonksiyonu de¤iflmemektedir. fiekil 9.3’de Lösin amino asidini kodlayan GAA kodonunun 1. nükleotidinde meydana gelen guaninden sitozine dönüflüm CAA kodonunun oluflmas›na sebep olmaktad›r. Bu kodon ise Valin amino asidini kodlamaktad›r. Ancak Lösin ve Valin benzer kimyasal özelliklere sahip olduklar› için oluflan protein, farkl› amino asit dizilimi içerse bile fiziksel ve kimyasal olarak de¤iflime u¤ramad›¤›ndan fonksiyon kayb› olmamaktad›r.

147

9. Ünite - Gen Mutasyonlar› ve Kromozomal Sapmalar

fiekil 9.2

Yaban›l tip

TGT ACA Sistein

GTT CAA Valin

GAA CUU Lösin

GGA CCU Prolin

kal›p DNA mRNA amino asit dizisi

Sessiz mutasyon

TGT ACA Sistein

GTT CAA Valin

GAT CUA Lösin

GGA CCU Prolin

kal›p DNA mRNA amino asit dizisi

Sessiz mutasyon amino asit de¤iflimine neden olmamaktad›r.

fiekil 9.3

Yaban›l tip

TGT ACA Sistein

GTT CAA Valin

GAA CUU Lösin

GGA CCU Prolin

kal›p DNA mRNA amino asit dizisi

Nötral mutasyon

TGT ACA Sistein

GTT CAA Valin

CAA GUU Valin

GGA CCU Prolin

kal›p DNA mRNA amino asit dizisi

Nötral mutasyon ayn› kimyasal özelliklere sahip baflka bir amino asit oluflumuna neden olarak proteinin fonksiyonunu etkilememektedir.

Yanl›fl Anlam (missense) Mutasyonlar› Tek baz de¤ifliklikleri farkl› amino asitlerin kodlanmas›na ve sentezlenmesine yol aç›yorsa, söz konusu protein ve fonksiyonunu da de¤ifltirece¤i için bu tür mutasyonlara yanl›fl anlam (missense) mutasyonlar› ad› verilmektedir (fiekil 9.4). fiekil 9.4

Yaban›l tip

TGT ACA Sistein

GTT CAA Valin

AAC UUG Lösin

GGA CCU Prolin

kal›p DNA mRNA amino asit dizisi

Yanl›fl anlam mutasyonu

TGT ACA Sistein

GTT CAA Valin

AGC UCG Serin

GGA CCU Prolin

kal›p DNA mRNA amino asit dizisi

Yanl›fl anlam mutasyonu için Holfltayn s›¤›r ›k›nda görülen BLAD (Bovine Leukocyte Adhesion Deficiency/S›¤›r Lökosit Ba¤lanma Yetersizli¤i) hastal›¤› iyi bir örnektir. Bu hastal›¤›n temelinde, CD18 glikoproteinini kodlayan genin 383. nükleotidi olan adeninin, guanine de¤iflimine neden olan bir nokta mutasyonu vard›r. Bu mutasyon polipeptidin 128. amino asidi olan aspartik asit yerine glisinin eklenmesine neden oldu¤u için ayn› zamanda bir yanl›fl anlam mutasyonudur. Mutant karakter resesif özellik gösterdi¤i için heterozigot di¤er allelin fonksiyon göstermesi ço¤u zaman yeterli olabilmekle beraber hastal›¤› homozigot tafl›yanlarda ölümle sonuçlanmaktad›r. S‹ZDE BLAD hastal›¤›na neden olan mutasyon, DNA düzeyindeki de¤ifliminSIRA tipine göre sizce hangi mutasyon tipine daha dahil edilmelidir?

Yanl›fl anlam mutasyonu amino asit de¤iflimine ve proteinin fonkisyonunda da farkl›laflmaya neden olmaktad›r.

Mutant: DNA’s›nda normal d›fl› de¤iflikilik olan, mutasyona u¤rayan.

1

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M

S O R U

S O R U

D‹KKAT

D‹KKAT

148

Temel Veteriner Genetik

Anlams›z (nonsense) Mutasyonlar DNA’n›n kodlanan bölgelerinde meydana gelen mutasyonlard›r. Bu mutasyonlar, normalde bir amino asidi ifade eden kodonun, ökaryotlarda dur(sonland›rma) kodu olarak görev yapan TGA, TAA veya TAG kodonuna dönüflmesi ile sonuçlanmaktad›r. Bu kodonlar da mRNA’da UGA, UAA veya UAG dizilerini oluflturarak polipeptidin sonlanmas›na ve fonksiyonunu kaybetmifl bir proteine neden olmaktad›r (fiekil 9.5). fiekil 9.5 Yanl›fl anlam mutasyonu amino asit de¤iflimine ve proteinin fonkisyonunda da farkl›laflmaya neden olmaktad›r.

Yaban›l tip

TGT ACA Sistein

GTT CAA Valin

AAC UUG Lösin

GGA CCU Prolin

kal›p DNA mRNA amino asit dizisi

Sessiz mutasyon

TGT ACA Sistein

GTT CAA Valin

ATC UAG Dur

GGA -

kal›p DNA mRNA amino asit dizisi

Çerçeve Kaymas› Mutasyonlar› DNA’dan RNA’ya aktar›lan ve bir amino asidi ifade eden 3’lü okuma çerçevesini de¤ifltiren mutasyonlard›r. Baz silinmesi (delesyon) ve baz eklenmesi (insersiyon) durumlar›n› kapsad›¤› için indel (insersiyon/delesyon) olarak da tan›mlanabilirler. S›kl›kla oluflan proteinin etkinli¤ini yitirmesi ile sonuçlanmaktad›rlar. Çerçeve kaymas› mutasyonu ile yeni bir dur kodonu oluflarak normalden k›sa veya uzun bir polipeptit üretilmektedir. ‹nsersiyonlar gen yap›s›na bir ya da iki nükleotid ilavesi fleklinde gerçekleflen mutasyonlard›r. Ekzon bölgesinde 1,2 ve 3’den fazla baz ilavesi sonucu meydana gelen insersiyonlar çerçeve kaymas›na neden olmaktad›rlar (fiekil 9.6). Delesyon bir ya da daha fazla say›da nükleotidin eksilmesi fleklinde meydana gelen mutasyonlard›r. Yine insersiyon mutasyonlar›nda oldu¤u gibi okuma çerçevesinin kaymas›na neden olabilmektedirler (fiekil 9.7). fiekil 9.6 ‹nsersiyon ile çerçeve kaymas›na örnek.

Yaban›l tip

TGT ACA Sistein

GTT CAA Valin

AAC UUG Lösin

GGA CCU Prolin

kal›p DNA mRNA amino asit dizisi

1baz ‹nseriyonu

TGT ACA Sistein

GTT CAA Valin

TAA CGG A kal›p DNA AUU GCCU mRNA ‹zolösin Alanin ?.. amino asit dizisi

Yaban›l tip

TGT ACA Sistein

GTT CAA Valin

AAC UUG Lösin

GGA CCU Prolin

kal›p DNA mRNA amino asit dizisi

1 baz delesyon

TGT ACA Sistein

GTT CAA Valin

(-A)TCG GA (-U)AGC CU Serin ?

kal›p DNA mRNA amino asit dizisi

fiekil 9.7 Delesyon ile çerçeve kaymas›na örnek.

149

9. Ünite - Gen Mutasyonlar› ve Kromozomal Sapmalar

Çerçeve kaymas› mutasyonu için yine s›¤›rlardan bir örnek verilebilir. Sitrülinemi (Citrullinemia), Holfltayn s›¤›rlarda görülen metabolik bir hastal›kt›r. Mutasyonu tafl›yan hayvanlarda üre döngüsünde önemli rol oynayan arjininosüksinat sentetaz (ASS) enziminin eksikli¤i söz konusudur. Sitrülineminin nedeni ASS geninin 5. ekzonunda sitozinden timine tek bazl›k bir de¤iflimdir. Bu de¤iflim arjinini kodlayan CGA kodonunun sonlanma kodonu olan UGA’ya dönüflmesine ve 412 amino asit yerine 85 amino asitlik bir protein oluflumuna (erken sonlanmaya) neden olmaktad›r. Hastal›¤› homozigot olarak tafl›yan hayvanlarda kan ve dokuda amonyak art›fl›, dengesiz yürüyüfl, körlük, bafl yaslama davran›fl›, titremeler ve bu bulgular› takip eden bir hafta içinde de ölüm flekillenmektedir. Benzer flekilde yine Holfltaynlarda, sitozinden timine transisyon mutasyonuna ba¤l› olarak Üridin Monofosfat Sentaz Eksikli¤i (Deficiency of uridine monophosphate synthase, DUMPS) hastal›¤› da görülmektedir. DUMPS’da Üridin monofosfat sentaz proteininin sentezi s›ras›nda, dur kodonu oluflumuna ba¤l› olarak, erken sonlanma flekillenmekte ve dolay›s›yla gebeli¤in yaklafl›k 40. gününde fötus ölmektedir. Arap atlar›nda görülen fiiddetli Kombine ‹mmun Yetmezli¤i (Severe Combined Immunodeficiency, SCID) hastal›¤› da çerçeve kaymas› mutasyonu sonucu oluflan hastal›klara güzel bir örnektir. SCID’in atlardaki nedeni 9. kromozomun k›sa kolunda bulunan DNA-protein kinaz katalitik alt ünitesi (DNA-PKcs) geninde 9480 inci kodondan itibaren 5 baz çiftlik bir delesyondur. Polipeptitin 3155 nci kodonunda flekillenen bu mutasyon bir çerçeve kaymas› mutasyonuna ve erken sonlanmaya neden olmaktad›r. Bu da 967 amino asitlik bir delesyon ve dolay›s›yla DNAPKcs proteininin inaktif olmas› ile sonuçlanmaktad›r. Bu proteinin yoklu¤u fliddetli bir immunyetmezlik oluflturmaktad›r.

Üre döngüsü: Amonya¤›n, karaci¤erde daha az toksik bir madde olan üreye çevrilerek kan yoluyla böbre¤e gönderilmesidir. Böbrekten de idrar yoluyla vücuttan at›lmas› sa¤lan›r.

Protein Fonksiyonu Üzerine Etkilerine Göre Mutasyonlar Fonksiyon kayb› mutasyonlar› Bu tür mutasyonlar proteinin k›smen (hypomorph) ya da tamamen (amorph) fonksiyon kayb›na neden olmaktad›r. Böyle mutasyonlarla iliflkili fenotipler s›kl›kla çekinik karakter göstermekte ve sa¤lam allel taraf›ndan tolere edilebilmektedirler. Fonksiyon art›fl› mutasyonlar› Bu tür mutasyonlar nedeniyle gen ürünü yeni ve normal olmayan (hypermorph) bir fonksiyon kazanmaktad›r. S›kl›kla dominant karakter gösteren fenotiplerdir. Dominant negatif mutasyonlar Bu mutasyon nedeniyle yaban›l tipin karfl›t› etkiye sahip (antimorphic) bir gen ürünü sentezlenmektedir. Letal (öldürücü) mutasyonlar Tafl›yan bireyin ölümü ile sonuçlanan, di¤er bir deyiflle hayati öneme sahip genlerde görülen mutasyon tipleridir. Baz› durumlarda flekillenen nokta mutasyonlar› geriye-tersinir mutasyonla (reverse mutasyon) ilk diziye (yaban›l tipe) dönebilmektedir. Böylece sa¤l›kl› protein üretimi tekrar yap›labilmektedir. Holfltayn s›¤›rlarda görülen BLAD ve Citrullinemia hastal›klar› protein fonksiyonu üzerine SIRA S‹ZDE etkilerine göre hangi mutasyon tipine dahil edilmelidirler?

Olufl Nedenine Göre Mutasyonlar

D Ü fi Ü N E L ‹ M

Mutagenezis, spontan (herhangi bir d›fl etki olmaks›z›n) veya uyar›lma sonucu flekillenmektedir. S O R U

2

SIRA S‹ZDE

D Ü fi Ü N E L ‹ M Mutagenezis : Mutasyon oluflumu. S O R U

D‹KKAT

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

SIRA S‹ZDE

150

Temel Veteriner Genetik

Tautomerler: Birbirine dönüflebilen, keto ve enol adl› benzer yap›lard›r. ‹ki yap›n›n birbirine göre fark› yaln›zca karbonlar aras› çift ba¤›n ve alfa hidrojeninin yerinden kaynaklanmaktad›r.

1. Spontan mutasyonlar Bu tür mutasyonlar hücre büyümesi ve bölünmesi boyunca olabilece¤i gibi DNA replikasyonundaki hatalar nedeniyle de flekillenebilmektedirler. Genellikle organizmadaki s›radan kimyasal ifllemlerin azotlu bazlar üzerine etkilerine ba¤l› olarak, nükleotit dizilerinde rastgele oluflan de¤ifliklikler olarak kabul edilmektedirler. Örne¤in nokta mutasyonlar›n›n tüm türleri genellikle spontan mutasyonlard›r. Hayvanlar› da kapsayan ökaryotlarda görülen spontan mutasyon oran› her bir nesilde 10-4 ile 10-6 aras›nda de¤iflmektedir. Di¤er bir deyiflle her 1.000 veya 1.000.000 nükleotitte 1 mutasyon flekillenebilmektedir. Birçok spontan mutasyon, organizman›n hücresel tamir mekanizmalar› yoluyla düzeltilmektedir. Düzeltilemeyen mutasyonlar ise kal›c› de¤iflikliklere yol açabilmekte ve hatta germ mutasyonlar sonraki nesillere aktar›labilmektedir. Spontan mutasyonlar›n en önemli sebebi DNA replikasyonundaki hatalard›r. DNA’n›n enzimatik reaksiyonlarla kendini efllemesi s›ras›nda bazen yanl›fl baz eklenirken bazen de ilgili baz›n alternatif tautomerleri eklenebilmektedir. DNA’da normal Watson-Crick modeline göre herbir baz›n sadece keto formu bulunmakta ve A-T ve G-C eflleflmesi olmaktad›r. Ancak replikasyon s›ras›nda timinin karfl›s›na enol formda guanin veya adeninin karfl›s›na enol formda sitozin eklenebilmektedir. Böylece bir sonraki sentez için hatal› kal›p oluflmaktad›r (fiekil 9.8).

fiekil 9.8 Standart olarak guanin sitozinle eflleflirken, enol formdaki guanin timinle de eflleflebilmektedir.

Enol form

Keto form O

G

R

H

O

H

N

N

CH3

T N

N N

H

O

R

H

Spontan mutasyonlara sebep olan bir di¤er etken de çift sarmal DNA molekülündeki azotlu bazlardan birisinin kendili¤inden kaybedilmesiyle oluflan apürinik veya apirimidinik bölgelerdir. ‹kisi birden abazik bölge olarak da ifade edilebilir. Apürinik bölge pürin baz›n›n, apirimidinik bölge ise pirimidin baz›n›n kayb› anlam›na gelmekte ve pürinlerde 9 numaral›, pirimidinlerde ise 1 numaral› Azot atomunun (N), deoksiriboz flekerin 1 numaral› Karbonu (C) ile yapt›klar› glikozidik ba¤›n k›r›lmas›yla oluflmaktad›r (fiekil 9.9) Bu bölgelerde bir azotlu baz›n yoklu¤u veya yerine yanl›fl baz›n eklenmesi nedeniyle transkripsiyon ve translasyonda genetik kod de¤iflebilmektedir.

151

9. Ünite - Gen Mutasyonlar› ve Kromozomal Sapmalar

fiekil 9.9

N

N1 6 5 2

O 5’ CH2

7

3 4

N

N O

4

Pürin baz›n 9. Azotu

8

9

Deoksiriboz flekerin 1. Karbonu

1 3

2

Pürin baz›n 9. Azotu ile deoksiriboz flekerin 1.Karbon atomu aras›ndaki glikozidik ba¤ k›r›l›rsa baz kayb› olmaktad›r.

O

O P

O DNA zinciri

O 5’CH2

O

OH

4

1 3

2

O

Apürinik bölge

H

O P

O

O

Abazik bölgeler s›kl›kla kendili¤inden olmakla beraber baz› kimyasallarca da uyar›labilirler. Aflatoksin B1 ad› verilen ve kötü saklama koflullar›nda tutulan tah›l, baharat ve kuruyemifllerde bulunabilen bir küf mantar› toksini, apürinik mutasyon yaparak kansere neden olabilmektedir. 2. Uyar›lm›fl mutasyonlar Mutagenezis, canl›lar›n radyasyon veya çeflitli kimyasallar gibi fiziksel etkenler nedeniyle de olabilmektedir. Kimyasallarla kasten yap›lan uyar›lm›fl mutasyonlar özellikle gen fonksiyonuna yönelik çal›flmalarda oldukça önemli bir rol oynamaktad›rlar. Do¤ada da birçok kaynaktan maruz kald›¤›m›z radyasyon, üzerinde en çok çal›fl›lm›fl mutajenlerden birisidir. Do¤al radyasyon kaynaklar›ndan bafll›calar›; uzaydan gelen kozmik ›fl›nlar, radon gaz›, toprak ve kayalarda bulunan do¤al radyoaktif maddelerin sal›n›m›d›r. ‹nsan eliyle üretilen radyasyonlardan bafll›calar› ise; röntgen çekiminde kullan›lan X ›fl›nlar›, bilgisayar ve televizyon ekran›ndan yay›lan ›fl›nlard›r. Radyasyonun mutasyonu uyarabilmesi için iyonize edici olmas› gerekmektedir. ‹yonize edici gücü ne kadar yüksekse hücreye ve DNA’ya verdi¤i zarar da o kadar yüksek olmaktad›r. Bu kurala sadece UV (ultraviyole) radyasyon uymamaktad›r ve iyonize edici olmamas›na ra¤men mutasyona neden olmaktad›r. Özellikle UV radyasyonunun en büyük etkisi timin bazlar› aras›nda dimerler oluflturmas›d›r (fiekil 9.10). Ayr›ca çok daha az s›kl›kla da olsa sitozin-sitozin veya sitozin-timin aras›nda da dimerler oluflabilmektedir.

Radyoaktif: Çekirdek bozunmas› yoluyla radyasyon ›fl›n› saçan madde. ‹yonize edici radyasyon: Temas etti¤i molekülün atomlar›ndan elektron koparmaya yetecek kadar yüksek enerjiye sahip radyasyon. Dimer: ‹ki molekülün birbirine ba¤lanarak daha büyük bir makromolekül oluflturmas›d›r.

152

Temel Veteriner Genetik

fiekil 9.10

A =

T

UV

A =

T

T

= A

T

= A

T

A

G

C

G

C

C

G

C

G

T

A

=

UV ›fl›nlar› timinler aras›nda dimer oluflumuna neden olabilirler.

A=

SIRA S‹ZDE

3

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

T

A=

T

Maruz kal›nan sonras›nda ortaya ç›kan bir hastal›k, örne¤in kanser, sonraki SIRAradyasyon S‹ZDE kuflaklara aktar›labilir mi? D Ü fimutasyonlar›n ÜNEL‹M Uyar›lm›fl bir di¤er önemli nedeni de kimyasal mutajenlerden olan baz analoglar›d›r. Bunlar, ad›ndan da anlafl›laca¤› gibi, bazlarla kimyasal olarak farkl› olmalar›na ra¤men ayn› fonksiyonel benzerlikleri nedeniyle mutasyona S O R U sebep olmaktad›rlar. Örne¤in, urasilin bir türevi olan 5-bromourasil (5-BU) timin baz›n›n analo¤u görevi görür ve adeninle eflleflebilmektedir. Yeni sentezlenen D‹KKAT DNA dizisine girdikten sonra ise bir sonraki replikasyonda enol yap›dan dolay› karfl›s›na guanin gelmektedir. Böylece normal dizide A-T eflleflmesi varken iki repSIRA S‹ZDE likasyon sonunda G-C eflleflmesine neden olarak transisyon mutasyonu ile sonuçlanmaktad›r. Mutasyona aç›k bölgelerde, tekrar baz analo¤unun ayn› bölgeye girmesiyle de normale dönüfl olabilmektedir; di¤er bir deyiflle tersinir (reverse) muAMAÇLARIMIZ tasyon görülebilmektedir. Uyar›lm›fl mutasyonlarla ilgili olarak alkilleyici ajanlar da önemlidir. Bunlardan en popüleriK Hardal ‹ T A P gaz›d›r. Hardal gaz›, savafllarda ve terör olaylar›nda kullan›labilmektedir. Ayr›ca Etilmetan sulfonat (EMS) etil veya metil ekleyerek mutasyona sebep olurken; akridin oranj ve etidyum bromür gibi kimyasallar da DNA çift zinciri aras›naT Egirerek bozulmas›na sebep olurlar. L E V ‹ Z Y Oyap›s›n›n N

N N

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

KROMOZOMAL SAPMALAR ‹NTERNET Gonozom: Cinsiyetle ilgili kromozomlar.

Karyotipleme: Bir hücredeki kromozomlar›n, homolog eflleriyle yan yana getirilerek belli bir düzene göre s›ralanmas›d›r.

Diploit organizmalarda genellikle iki haploit kromozom tak›m› bulunmaktad›r an‹ N T E R N E T kromozom say›s›nda de¤ifliklikler, parça eksilmesi, eklenmecak baz› durumlarda si veya tekrarlanmas›, kromozomlar aras› parça de¤iflimleri gibi nedenlerle de¤ifliklikler olabilmektedir. Bunlar›n gen mutasyonlar›ndan ayr›lmas› için de kromozom mutasyonlar› veya kromozomal sapmalar› terimleri kullan›lmaktad›r. Say›sal ve yap›sal olarak ikiye ayr›lan kromozomal sapmalar, hem otozomlarda hem de gonozomlarda görülmektedirler. Kromozomal sapmalar özellikle Genetik biliminin Sitogenetik dal›n›n konusudur. Sitogenetik, hücrenin yap› ve fonksiyonlar› ile ilgilenen bafll›ca çal›flma alan› kromozomlar olan, genetik alt dal›d›r. Çeflitli boyama metodlar›n› içeren (G-bantlama, C bantlama vb. gibi) karyotipleme ifllemi yap›larak kromozom say› ve yap›lar› incelenmektedir (fiekil 9.11). Ancak geliflen teknolojilerle beraber karyotipleme yerini moleküler sitogenetik çal›flmalara b›rakm›flt›r.

153

9. Ünite - Gen Mutasyonlar› ve Kromozomal Sapmalar

fiekil 9.11 Bir ayg›ra ait karyotip görüntüsü (2N=64).

1

2

3

4

5

14

15

16

17

18

27

28

29

30

6 19

7 20

8 21

9 22

10 23

24

11 25

12

13

26

31 X Y

Her türün kendine özgü kromozom say›s› ve yap›s› bulunmaktad›r. Ancak kromozom say›lar› ile türün geliflmiflli¤i aras›nda bir iliflki bulunmamaktad›r. Normal say› ve yap›dan her türlü sapma kromozomal bir mutasyon nedeniyle olmaktad›r. Baz› türlere ait normal kromozom say›lar› Tablo 9.1’de verilmifltir. Tür

Kromozom say›s› (2n)

Tür

Kromozom say›s› (2n)

Sirke sine¤i

8

Domuz

38

Tavuk

78

Rat

42

Kedi

38

S›¤›r

60

Fare

40

At

64

Tavflan

44

Yal›çapk›n› kuflu

132

‹nsan

46

Eflek

62

Goril

48

Köpek

78

Fil

56

Koyun

54

Say›sal Kromozom Sapmalar› Bir organizma ya da bir hücrede kromozom tak›m›n›n set olarak artmas› ya da azalmas› durumu öploidi (euploidy) olarak ifade edilmektedir. Kromozom setinin say›s›na göre de tiplere ayr›lmaktad›r. Di¤er bir deyiflle, tek bir kromozom seti içeren haploid (n), bir çift set içeren ise diploid (2n) yap›da olarak tan›mlanmaktad›r. Üç ya da daha fazla kromozom setinin bulunmas› durumu ise genel olarak poliploidi olarak tan›mlanmakta ve tekrar say›s›na göre isimlendirilmektedir (triploidi, 3n; tetraploidi, 4n vb. gibi) (fiekil 9.12). Poliploidinin sebebi, bir hücrede çekirdek bölünmesi oldu¤u halde sitoplazman›n bölünmeyiflidir. Özellikle kanserli dokularda s›kl›kla görülmektedir. Memelilerde, organizman›n tüm hücrelerinde görülüyorsa genellikle ölümle sonuçlanmaktad›r. Baz› türlerde, sirke sine¤i baz› kufllar ve tavuklarda dölveriminde azalma ya da k›s›rl›¤a neden olan poliploidi olgular› da bildirilmifltir. Bununla birlikte, herhangi bir mutasyona ba¤l› olmaks›z›n, alabal›klar tetraploid (4n), hufl a¤açlar› pentaploid (5n), kivi hekzaploid (6n) ve baz› çilek türleri dekaploid (10n) yap›dad›rlar. Özellikle bitkilerde verimin artt›r›lmas›nda ›slah amaçl› olarak poliploididen yararlan›lmaktad›r. Çünkü arpa, m›s›r gibi bitkilerde poliploidinin etkisiyle afl›r› büyüme, vitamin miktar›nda art›fl gibi olumlu etkiler de bulunmaktad›r.

Tablo 9.1 Baz› diploid türlere ait normal kromozom say›lar›.

154

Temel Veteriner Genetik

fiekil 9.12

Normal diploid hücre 2n

Üç ve daha fazla kromozom seti bulunmas›n› ifade eden poliploidi durumu içerdi¤i set say›s›na göre tiplere ayr›lmaktad›r.

Triploid hücre 3n

Tetraploid hücre 4n

Anöploidi ise bir ya da birden fazla kromozomun eksilmesi veya fazlal›¤› anlam›na gelmektedir. Öploididen farkl› olarak kromozom seti yerine bireysel kromozom de¤iflimleri söz konusudur. Anöplodi, bölünme s›ras›nda (genellikle mayozda) kromozomlar›n ayr›lmamas› (nondisjunction) veya anafazda gecikme nedenleriyle olmaktad›r. Memelilerde genellikle letal etkildir. Diploid organizmalarda bafll›ca 4 tipi vard›r: 1. Nullizomi (nullizomik hücre/birey): Homolog kromozom çiftinin (her ikisinin de) eksik olmas› durumudur. Di¤er bir deyiflle kromozom seti 2n-2dir. Örne¤in kromozom 15 nullizomisinin oluflabilmesi için hem anne hem de babada gamet oluflumu s›ras›nda (mayozda) 15. kromozom homolog çiftlerinin ayr›lmamas› ve bu kromozomu içermeyen gamet çiftlerinin birleflmesi gerekmektedir. 2. Monozomi (monozomik hücre/birey): Tek bir kromozomun eksik olmas›d›r (2n-1). Ebeveynlerden birinde bir kromozom çiftinde meydana gelen ayr›lmama durumunda bir hücreye hiç o kromozomdan gidemez ve böylece sadece di¤er ebeveynden tek bir kromozom gelir (fiekil 9.13). 3. Trizomi (trizomik hücre/birey): Tek bir kromozomun fazla olmas›d›r (2n+1). Ebeveynlerden birinde meydana gelen ayr›lmama durumunda, birbirine ba¤l› homolog kromozomlar tek bir gamete giderler ve di¤er ebeveynden gelen kromozomla beraber 3 kopya ayn› kromozomdan bulunur (fiekil 9.13). 4. Tetrazomi (tetrazomik hücre/birey): Homolog kromozom çiftinin (her ikisinin de) fazla olmas› durumudur. Kromozom 15 nullizomisine benzer flekilde hem anne hem de babada gamet oluflumu s›ras›nda (mayozda) 15. kromozom homolog çiftlerinin ayr›lmamas› ve bu ayr›lmam›fl kromozom çiftlerini içeren gamet çiftlerinin birleflmesi gerekmektedir.

155

9. Ünite - Gen Mutasyonlar› ve Kromozomal Sapmalar

fiekil 9.13

Spermatosit

Anöploidi olgular›, genellikle gamet oluflumu s›ras›nda mayozda homolog çiftlerin birbirinden ayr›lmamas› nedeniyle olmaktad›r.

Oosit

Mayozda ayr›lmama

Normal mayoz

Gametler

Normal 2n

Monozomi 2n-1

Trizomi 2n+1

Kromozomlardaki mutasyonlar döllenmeden sonraki mitoz aflamalar›nda olursa mosaisizm flekillenmektedir. Mitozda kromozomlar efller halinde ekvatoral düzlemde toplanmakta ve sentromerlerinden uzunlamas›na ikiye bölünerek kutuplara do¤ru çekilmektedirler. Baz› durumlarda sentromerlerden bölünmede hata olmakta ve ayr›lmayan kromozomlar bir kutba çekilirken, di¤er kutba hiç ilgili kromozom gitmemektedir. Böylece vücutta birbirinden farkl› genetik materyallere sahip hücreler veya dokular flekillenmekte ve bu durum mozaisizm ad›n› almaktad›r. Di¤er bir deyiflle, ayn› zigottan köken alan ancak mutasyon nedeniyle farkl›laflan hücre hatlar›n›n bulunmas› durumudur. Kimerizm ise farkl› zigotlardan genetik materyal geçifliyle hücre hatlar›nda farkl›laflma olmas›d›r. Bu geçifl ya ikizlerin embriyonel geliflim dönemlerinde, plasenta arac›l›¤›yla madde al›flverifli s›ras›nda genotip bulaflmas›ndan kaynaklanmakta ya da ayn› anda döllenen zigotlar›n füzyonundan flekillenmektedir (fiekil 9.14). Daha önceki bölümlerde anlat›lan üç renkli difli (calico) kedi, vücudun farkl› bölgelerinde, X kromozomu inaktivasyonundaki farkl›laflmas›ndan kaynaklanmaktad›r ve mosaizm için güzel bir örnektir. fiekil 9.14 Kimerizmde, ikiz kardefller aras› kal›tsal materyal de¤iflimi olabilmekte ve hücre hatlar› birbirinden farkl› genotiplere sahip olmaktad›r. Bu durum, tek bir bireyde iki farkl› genotipin de d›fl görünüfle yans›mas› ile sonuçlanmaktad›r.

‹kiz kardefller Z‹gotun genotipi

Z‹gotun genotipi Plasenta yoluyla kal›tsal materyal geçifli

Beklenen fenotip

Beklenen fenotip

Gözlenen fenotip

Gözlenen fenotip

156

Temel Veteriner Genetik

SIRA S‹ZDE

Mosaizm ve SIRA kimerizm S‹ZDE durumlar›n›n benzer ve farkl› yönleri nelerdir?

4

Hayvanlarda çeflitli anöploidi olgular› tan›mlanm›flt›r. Özellikle s›¤›rlarda ve atD Ü fi Ü ile N E L ilgili ‹M larda bu konu çok say›da kaynak bulunmaktad›r. Bunlardan birisi, insanlarda da görülen ve bir X kromozomu eksikli¤ine ba¤l› olarak flekillenen Turner sendromudur. S O RBu U sendromda birçok bozuklu¤un yan› s›ra, d›fl görünüflü difli olan ancak ovaryumlar› geliflmemifl infertil hayvanlar oluflmaktad›r. X kromozomunun fazlal›¤›nda ise normal verim özelliklerine sahip ancak fenotipik olarak iri hayvanD‹KKAT lar›n oluflmas›na neden olmaktad›r. Klinefelter sendromunda ise hem difli hem de erkek kromozomlar› birer set halinde bulunmaktad›r (Tablo 9.2). Bu sendrom iki SIRA S‹ZDEtafl›yan bir yumurta hücresinin normal bir sperm ile döllenmetane X kromozomu siyle meydana gelmektedir. Ayr›ca yine gonozomlarla ilgili mutasyonlara ba¤l› olarak XY/XXAMAÇLARIMIZ kimerizmi; otozomlardaki mutasyonlara ba¤l› olarak çeflitli trizomiler, monozomiler ve translokasyonlar hayvanlarda da s›kl›kla görülmektedir.

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R Bir U hastal›¤› Sendrom: karakterize eden, birbirleriyle iliflkisiz gibi görünen, D ‹ K Kayn› A T anda ortaya ç›karak tek bir olgu olarak kendilerini gösteren belirtiler bütünü.

SIRA S‹ZDE

N N

‹nfertil: Üreme yetene¤i zay›f, döl verme yetisini kaybetmifl birey. AMAÇLARIMIZ

Tablo K ‹ T 9.2 A P Baz› kromozom bozukluklar› ve sendrom isimleri.

Kromozom K durumu ‹ T A P

Sendrom

XX

Normal difli

TELEV‹ZYON

X0

XY

Normal erkek TELEV‹ZYON

Turner (monozomik)

Yap›sal Kromozom Sapmalar›

‹NTERNET

‹ N T E R(Silinme): NET 1. Delesyon Kromozomun bir parças›n›n eksilmesi ile sonuçlanmaktad›r (fiekil 9.15). Kopan bölgenin büyüklü¤ü, oluflacak bozuklu¤un derecesini belirlemektedir. Ancak diploid canl›larda homolog kromozomun di¤er çifti sa¤lamsa ilgili gen ürünü tolere edilebilir.

fiekil 9.15 C geninin delesyonu.

A

B

C

D

E

F

G

Delesyon

A

B

D

E

F

G

2. Duplikasyon: Kromozomda bir parçan›n tekrarlanarak eklenmesidir (fiekil 9.16). Bu mutasyon çoklu gen ailelerinin oluflumda önemli bir rol oynamaktad›r. Örne¤in, hemoglobin molekülü iki farkl› alt birimin ikifler kopyas›ndan oluflmaktad›r. α ve β globin genleri ad› verilen ve farkl› kromozomlarda bulunan bu alt birimler çok az baz farkl›l›klar›na sahiptir. Bu benzerlik, duplike olan genin baflka bir kromozoma eklenmesi ile aç›klanmaktad›r. Duplikasyon olgular›n›n eflit olmayan krossing overdan kaynakland›¤› düflünülmektedir. fiekil 9.16 B ve C genlerininin duplikasyonu.

A

B

C

D

E

F

G

Duplikasyon

A

B

C

B

C

D

E

F

G

157

9. Ünite - Gen Mutasyonlar› ve Kromozomal Sapmalar

3. ‹nversiyon: Herhangi bir kromozom bölgesinde oluflan iki k›r›k nedeniyle serbest kalan kromozom parças›n›n ters dönerek yap›flmas›d›r. E¤er inversiyon olan bölge sentromeri kaps›yorsa perisentrik inversiyon, kapsam›yorsa parasentrik inversiyon ad›n› almaktad›r (fiekil 9.17). fiekil 9.17 Parasentrik ve perisentrik inversiyon.

‹nversiyon A

B

C

D

E

F

A

C

B

D

E

F

G

Parasentrik

A

B

C

E

D

F

G

Perisentrik

G

4. Translokasyon (Yerde¤ifltirme): Bir kromozom içinde ya da homolog olmayan kromozomlar aras›nda k›r›lan parçalar›n karfl›l›kl› olarak de¤iflimini ifade etmektedir. Kromozomlar aras›nda karfl›l›ks›z ya da karfl›l›kl› de¤iflim (resiprokal translokasyon) olup olmad›¤›na göre isimlendirilmektedir (fiekil 9.18). fiekil 9.18 Translokasyonun tipleri.

A

D

E

B

C

F

G

Kromozom içi resiprokal olmayan translokasyon

A

B

C

K

D

L

E

M

F

N

G

A

D

E

F

G

K

L

M

B

C

Translokasyon N

O

Kromozomlar aras› resiprokal translokasyon

O A

N

K

L

D

M

E

F

B

C

G

O

Kromozomlar aras› resiprokal translokasyon

5. Yüzük yap›s› oluflumu (ring formasyon): Kromozomun telomer k›s›mlar›nda meydana gelen k›r›lmalar sonucunda yap›flkan uçlar oluflmas› ve kollar›n birbirine ba¤lanmas› sonucu meydana gelmektedir (fiekil 9.19). fiekil 9.19 K›r›k uç

A

K›r›k uç

B

C

D

E

F

G

D Yüzük yap›s› oluflumu

E

C

F

B A

G

K›r›k uçlara ba¤l› yüzük yap›s› oluflumu.

158

Temel Veteriner Genetik

Özet

N A M A Ç

1

N A M A Ç

2

N A M A Ç

3

Mutasyon ve polimorfizm tan›mlar›n›n ayr›m›n› yapmak. DNA’n›n genetik materyal olmas›n› sa¤layan bafll›ca özellikler; replikasyon, transkripsiyon, translasyon ve mutasyondur. Mutasyon genetik bilgiyi oluflturan dizilerde meydana gelen de¤iflimlerdir ve polimorfizmin temelinde de yine mutasyon vard›r. Ancak mutasyon terimi, DNA’n›n yap›s›nda normalden farkl›laflmaya neden olan ve s›kl›k bak›m›ndan polimorfizmden daha nadir görülen genetik de¤iflimler için kullan›lmaktad›r. Polimorfizm ise populasyon genelinde %1 veya daha fazla s›kl›kta bulunan genetik de¤iflimleri ifade etmektedir. Mutasyonlar› yorumlamak ve mutasyonla ilgili baz› tan›mlar› yapmak. Histon ve histon olmayan proteinlerle paketlenmemifl DNA molekülünde meydana gelen ve genellikle tek bir geni etkileyen mutasyonlara gen mutasyonlar› ad› verilmektedir. Daha fazla bölgeyi kapsayan ve DNA molekülünün yo¤unlaflm›fl flekli olan kromozomlarda meydana gelen de¤iflimler ise kromozom mutasyonlar› ad›n› almaktad›r. Gen mutasyonlar›, olufl mekanizmas›na göre, proteinin etkilenme durumuna göre, olufltu¤u hücrenin tipine göre ve mutasyona neden olan kimyasal de¤iflime göre çeflitli s›n›flara ayr›lmaktad›r. Mutasyonlar da bu s›n›fland›rmalar alt›nda toplanarak ayr› ayr› isimlendirilmekte ve tan›mlanmaktad›r. Mutasyona u¤rayan DNA dizilimi mutant ad›n› al›rken, mutasyon oluflumu da mutagenezis terimi ile ifade edilmektedir. Gen mutasyonlar›n›n bafll›ca tiplerini ve farkl›l›klar›n› aç›klamak. E¤er pürinden pürine veya pirimidinden pirimidine de¤iflim varsa transisyon, pürinden pirimidine veya pirimidinden pürine dönüflüm varsa transversiyon mutasyonlar› ad› verilmektedir. Mutasyon genin kodlad›¤› proteinin yap›s›nda veya fonksiyonunda herhangi bir de¤ifliklik oluflturmuyorsa sessiz veya nötral mutasyon olarak tan›mlanmaktad›r. Baz› durumlarda ise mutasyon, farkl› bir amino asit kodlanmas›na neden olarak yanl›fl anlam mutasyonu ile proteinin ya-

N A M A Ç

4

p› ve fonksiyonunu de¤ifltirirken baz› durumlarda da dur kodonu oluflturarak polipeptidin erken sonlanmas›na ve fonksiyonunu kaybetmifl bir proteine neden olmaktad›r. E¤er normal diziye baz insersiyonu veya delesyonu olursa da okuma çerçevesinin kaymas› ile yeni bir dur kodonu oluflarak normalden k›sa veya uzun bir polipeptit üretilmektedir. Hayvanlarda mutasyonlara ba¤l› olarak tan›mlanm›fl birçok hastal›k bulunmaktad›r. Mutasyonlar spontan ya da çeflitli etkenlerce uyar›lma sonucu flekillenmektedir. Kromozomal sapmalar›n bafll›ca tiplerini ve farkl›l›klar›n› yarumlamak. Kromozom say›s›nda de¤ifliklikler, parça eksilmesi, eklenmesi veya tekrarlanmas›, kromozomlar aras› parça de¤iflimleri gibi büyük mutasyonlar kromozom mutasyonlar› ya da kromozomal sapmalar olarak tan›mlanmaktad›r. Bu sapmalar Sitogenetik dal› alt›nda karyotipleme yöntemi ile belirlenebilmektedir. Say›sal ve yap›sal olarak ikiye ayr›lan kromozomal sapmalar›, hem otozomlarda hem de gonozomlarda görülmektedirler. Kromozom tak›m›n›n set olarak artmas› ya da azalmas› durumu öploidi olarak ifade edilmektedir. Tek bir kromozom seti içeren haploid, bir çift set içeren ise diploid yap›da olarak tan›mlanmaktad›r. Üç ya da daha fazla kromozom setinin bulunmas› durumu ise genel olarak poliploidi olarak tan›mlanmakta ve tekrar say›s›na göre isimlendirilmektedir (triploidi, tetraploidi vb. gibi). Anöploidi ise bir ya da birden fazla kromozomun eksilmesi veya fazlal›¤› anlam›na gelmektedir. Diploid organizmalarda Nullizomi, Monozomi, Trizomi ve Tetrazomi olmak üzere bafll›ca 4 tipi vard›r. Mosaizm bir bireyde, ayn› zigottan köken almas›na ra¤men mutasyon nedeniyle farkl› hücre hatlar›n›n bulunmas› durumuyken, kimerizm bir bireyde farkl› zigotlardan köken alan kal›tsal materyalleri içeren hücre hatlar›n›n bulunmas› durumudur. Yap›sal kromozom sapmalar›ndan ise delesyon (silinme), duplikasyon (tekrarlama), inversiyon (ters dönerek yap›flma), translokasyon (yer de¤ifltirme) ve yüzük yap›s› oluflumu (k›r›lan uçlar›n yap›flarak halka oluflturmas›) mutasyonlar› en s›k görülenlerdir.

9. Ünite - Gen Mutasyonlar› ve Kromozomal Sapmalar

159

Kendimizi S›nayal›m 1. Mutasyon ve polimorfizm olgular› ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi do¤rudur? a. Populasyon genelinde daha yayg›n olarak bulunuyorsa mutasyon ad› verilir. b. Kan gruplar› mutasyona örnektir. c. Populasyon genelinde daha yayg›n olarak bulunuyorsa polimorfizm ad› verilir. d. Polimorfizmde genetik bilgiyi oluflturan dizilerde de¤iflim meydana gelmemektedir. e. Holfltaynlarda görülen BLAD hastal›¤› polimorfizm için iyi bir örnektir. 2. Varyasyonun sebebi afla¤›dakilerden hangisidir? a. Ekspresyon b. Replikasyon c. Transkripsiyon d. Translasyon e. Mutasyon 3. Afla¤›dakilerden hangisinde de¤iflim ve onu tan›mlayan mutasyon tipi do¤ru olarak verilmifltir? a. Pürinden → pürine —- transversiyon mutasyonu b. Pürinden → pirimidine —- transisyon mutasyonu c. Pürinden → pürine —- transisyon mutasyonu d. Pürinden → pirimidine —- yanl›fl anlam mutasyonu e. Pürinden → pürine —- sessiz mutasyonu 4. Gende oluflan bir bazl›k de¤iflime ra¤men yine ayn› amino asit üretimi ile sonuçlanan mutasyona ne ad verilir? a. Anlaml› mutasyon b. Yanl›fl anlam mutasyonu c. Sessiz mutasyon d. Nötral mutasyon e. Transisyon 5. Normalde bir amino asidi ifade eden kodonun, bitirme kodu olarak görev yapan kodonlardan birisine dönüflümüne ne ad verilir? a. Anlams›z mutasyon b. Yanl›fl anlam mutasyonu c. Sessiz mutasyon d. Nötral mutasyon e. Transisyon

6. fiekillenen nokta mutasyonlar›n›n yaban›l tipe dönmesine neden olan mutasyon tipine ne ad verilir? a. Tersinir mutasyon b. Dominant negatif mutasyon c. Fonksiyon art›fl› mutasyonu d. Spontan mutasyon e. Uyar›lm›fl mutasyon 7. UV radyasyonu afla¤›daki mutasyonlardan hangisine neden olur? a. Abazik bölge oluflumu b. Baz analo¤u oluflumu c. Reverse mutasyon oluflumu d. Dimer oluflumu e. Tautomer oluflumu 8. Kromozom say› ve yap›lar›n›n incelenmesi amac›yla G-bantlama gibi çeflitli boyama metodlar›n›n kullan›ld›¤› yöntem afla¤›dakilerden hangisidir? a. Elektroforez b. PCR c. Sitogenez d. Karyogenez e. Karyotipleme 9. Hem anne hem de babada gamet oluflumu s›ras›nda bir kromozomun homolog çiftlerinin ayr›lmamas› ve bu ayr›lmam›fl kromozom çiftlerini içeren gamet çiftlerinin birleflmesi durumunda kromozomal sapma flekillenmesi afla¤›dakilerden hangisidir? a. Trizomi (2n+1) b. Tetrazomi (2n+2) c. Tetragamet d. Tetraploidi (4n) e. Triploidi (3n) 10. Çoklu gen ailelerinin oluflumunda rol oynayan kromozomal sapma afla¤›dakilerden hangisidir? a. ‹nversiyon b. Resiprokal translokasyon c. Resprokal olmayan translokasyon d. Duplikasyon e. Delesyon

160

Temel Veteriner Genetik

Okuma Parças› DNA Onar›m Mekanizmalar› DNA molekülü, hücredeki metabolik etkinlikler ya da çevresel etkenler (UV gibi) sonucu devaml› y›prat›c› etki alt›ndad›r. Bu etkiler, DNA’n›n yap›s›n›n de¤iflmesine neden olabilir. De¤iflim bazen kendili¤inden de gerçekleflebilir. Kendili¤inden de gerçekleflebilen de¤iflim, kimi zaman zararl› olsa da bazen yararl› da olabilir. DNA molekülü, kendini y›prat›c› etkilerden korumak için de¤iflik sistemleri kullan›r. Küçük y›prat›c› etkiler kolayca onar›labilir. Orta dereceli etkilerse mutasyonlara neden olur. Etki onar›lamayacak kadar büyükse, hücre kendini öldürerek (apoptozis) organizmay› korumufl olur. Hücre, DNA’da meydana gelen hasarlar›n baz›lar›n› çeflitli yollarla onarabilir. Do¤rudan onar›m mekanizmas›, kesip ç›karma onar›mlar›, rekombinasyonal onar›m, SOS onar›m›, çift zincir k›r›klar›n›n onar›m› bu yöntemlerden baz›lar›. UV’den (morötesi ›fl›n›m) kaynakl› mutasyona u¤ram›fl hücreler, mavi spektrum (300-500 nm) içeren görünür ›fl›¤›n etkisine girince do¤rudan onar›m mekanizmas› geri dönüflüm yap›p DNA’daki bozulmay› düzeltir. Bu olay “fotoreaktivasyon” olarak da bilinir. Burada, mavi ›fl›k onar›m› sa¤layan DNA fotoliaz enzimini etkinlefltirir. Bu onar›m daha çok bakteri gibi canl›larda görülür. X ›fl›n› ya da peroksit gibi baz› kimyasallar DNA zincirinde basit k›r›lmalara neden olabilir. Bu k›r›lmalar DNA ligaz enzimiyle kolayl›kla onar›labilir. Bu enzim, k›r›lan ya da kopan bölgeyi fosfodiester denen kimyasal bir ba¤la ba¤lar. Bir baflka onar›m biçimi de kesip ç›karma yöntemidir. Tüm canl› hücrelerde olabilen bu yöntem temelde üç basamakta gerçekleflir. ‹lk olarak hasar gören bölge belirlenir. Sonra DNA nükleaz denen enzimler devreye girerek hasarl› bölgeyi DNA üzerinden kopart›r. Kopan bölgede bir boflluk oluflur. Bu boflluk bir baflka enzim olan DNA polimeraz taraf›ndan doldurulur. Son olarak da DNA ligaz enzimi, parçal› yerleri birlefltirerek onar›m›n tamamlanmas›n› sa¤lar. Rekombinasyonal onar›m, DNA di¤er yöntemlerle onar›lmad›¤› zamanlarda gerçekleflir. Hücre bölünmeye bafllamadan önce DNA iki kat›na ç›kar. Bu onar›m da DNA iki kat›na ç›kt›ktan sonra gerçekleflir. DNA kendini kopyalamas› s›ras›nda hasarl› bölgeye gelince, DNA polimeraz enzimi devreye girerek bu bölgeyi de içine alan k›sm› atlayarak kopyalama ifllemine devam eder. Hasarl› bölgede oluflan boflluk, DNA polimeraz DNA ligaz enzimleriyle doldurularak onar›m ifllemi tamamlan›r.

SOS onar›m yöntemiyse acil durumlarda devreye girer. Bu durum daha çok hasar›n fazla oldu¤u durumlarda devreye girer. DNA’n›n kendini kopyalamas› s›ras›nda hasar›n üzerinden atlamak yerine hasara karfl›n kopyalama devam eder. Ancak, okuma hatas›n›n devam etme olas›l›¤› vard›r. Çift zincir k›r›klar›n›n onar›m›ndaysa, DNA protein kinaz enzimi etkinleflerek di¤er proteinlerin hasarl› bölgeye gelmesini sa¤lar. Sonra DNA ligaz devreye girerek k›r›k bölgeyi birbirine ba¤lar. Bu h›zl› ve hata olas›l›¤›n›n fazla oldu¤u bir onar›m biçimidir. Bülent Gözcelio¤lu; TÜB‹TAK, Bilim ve Teknik Dergisi (2008) fiubat:92-93. Kaynaklar: http://www.gate.net/~rwms/EvoMutations.html http://en.wikipedia.org/wiki/DNA_repair http://www-personal.k-state.edu/~bethmont/mutdes.html http://tr.wikipedia.org/wiki/DNA_tamiri Demirsoy A., Kal›t›m ve Evrim,. Meteksan Ankara 1997

Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar› 1. c 2. e 3. c 4. c 5. a 6. a

7. d 8. e 9. b 10. d

Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Gen Mutasyonlar› ve Bafll›ca Tipleri” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Gen Mutasyonlar› ve Bafll›ca Tipleri” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Nokta Mutasyonlar›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Nokta Mutasyonlar›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Nokta Mutasyonlar›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Protein Fonksiyonu Üzerine Etkilerine Göre Mutasyonlar” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Uyar›lm›fl Mutasyonlar” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Kromozomal Sapmalar” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Say›sal Kromozomal Sapmalar›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Yap›sal Kromozomal Sapmalar›”konusunu yeniden gözden geçiriniz.

9. Ünite - Gen Mutasyonlar› ve Kromozomal Sapmalar

161

S›ra Sizde Yan›t Anahtar›

Yararlan›lan Kaynaklar

S›ra Sizde 1 Yanl›z Holfltayn s›¤›r ›k›na özgü olan BLAD (Bovine Leukocyte Adhesion Deficiency/S›¤›r Lökosit Ba¤lanma Yetersizli¤i) hem tek bazl›k de¤iflim nedeniyle nokta mutasyonudur hem de proteinin yap›s›na farkl› bir amino asidin eklenmesi ile sonuçland›¤› için yanl›fl anlam mutasyonudur. Ayr›ca mutasyona u¤rayan baza dikkat edilirse (A→G), nükleotid de¤ifliminin ayn› grup içinde yani pürinler aras›nda oldu¤u dikkat çekmektedir. Bu da transisyon-de¤iflim mutasyonu anlam›na gelmektedir.

Akyüz, B., Ç›nar Kul, B. (2009). Türkiye’deki holfltayn ineklerde üridin monofosfat senteaz eksikli¤inin (DUMPS) belirlenmesi. Ankara Üniv Vet Fak Derg, 56: 231-232. Akyüz, B., Ertu¤rul, O. (2006). Detection of Bovine Leukocyte Adhesion Deficiency (BLAD) in Turkish native and Holstein cattle. Acta Veterinaria Hungarica, 54(2):173-178. Clark, D. (2005). Moleculer Biology-Understanding the Genetic Revolution, London, UK: Elsevier Academic Press. Dennis, J. A., Healy, P. J., Beaudet, A. L., O’Brien, W. E. (1989). Molecular definition of bovine argininosuccinate synthetase deficiency, PNAS, 86(20):7947-7951. Klug, W. S., Cummings, M. R. (2009). Genetik Kavramlar, Çev. Cihan Öner, Ankara: Palme Yay›nc›l›k. Lüleyap, H. Ü. (2008). Moleküler Geneti¤in Esaslar›. Adana: Nobel Kitabevi. Nicholas, F.W. (2003). Introduction to Veterinary Genetics, Oxford UK: Blackwell Publishing. Passarge, E. (2007). Color Atlas of Genetics, 3rd ed, New York USA: Thieme. Russell, P. J. (2010). IGenetics: A Molecular Approach- 3rd ed, San Francisco USA: Benjamin Cummings. Türk Dil Kurumu. Büyük sözlük. Eriflim:http://tdkterim.gov.tr/bts/ Eriflim tarihi: 05.05.2011.

S›ra Sizde 2 Holfltayn s›¤›rlarda görülen BLAD ve Citrullinemia hastal›klar›nda, mutant geni homozigot olarak tafl›yan bireyler do¤duktan k›sa bir süre sonra ölmektedir. Bu da mutasyona u¤rayan genin hayati bir fonksiyonu oldu¤unu göstermektedir. Mutasyonlar›n protein fonksiyonu üzerine etkileri düflünüldü¤ünde letal mutasyonlar olduklar› anlafl›lmaktad›r. S›ra Sizde 3 Radyasyonun iyonize edici özelli¤i artt›kça verdi¤i hasar›n fliddeti de o oranda artmaktad›r. Buna ba¤l› olarak DNA’daki hasarlar nedeniyle kanser gibi baz› hastal›klar ortaya ç›kmaktad›r. E¤er sadece belirli bir bölgedeki vücut hücrelerinde DNA hasar› olmuflsa sadece o bölgede hastal›k görülmektedir. E¤er germ (efley) hücrelerini de etkileyen bir hasarsa sonraki kuflaklara aktar›lmaktad›r. Örne¤in uzun süreli UV ›fl›n›na maruz kal›nmas› deri kanserine yol açarken, söz konusu hasar efley hücrelerini etkilememiflse sonraki kuflaklarda deri kanseri oluflma olas›l›¤› etkilenmemektedir. S›ra Sizde 4 Mosaizm, ayn› zigottan köken alan ancak mutasyon nedeniyle farkl›laflan hücre hatlar›n›n bulunmas› durumudur. Kimerizm ise farkl› zigotlardan genetik materyal geçifliyle hücre hatlar›nda farkl›laflma olmas›d›r. Bu geçifl ya ikizlerin embriyonel geliflim dönemlerinde, plasenta arac›l›¤›yla madde al›flverifli s›ras›nda genotip bulaflmas›ndan kaynaklanmakta ya da ayn› anda döllenen zigotlar›n füzyonundan flekillenmektedir. Dolay›s›yla iki durumun benzerli¤i, bir bireyde fark› genotipler içeren hücreler bulundurmalar›; farkl›l›klar› ise bu hücre hatlar›n›n birinde ayn› zigottan di¤erinde ise farkl› bir zigottan köken almas›d›r.

10

TEMEL VETER‹NER GENET‹K

Amaçlar›m›z

N N N

Bu üniteyi tamamlad›ktan sonra; Polimeraz Zincir Reaksiyonu’nun (PCR) tan›m›n› yapabilecek ve aflamalar›n› aç›klayabilecek, PCR’a dayanan baz› temel moleküler teknikleri aç›klayabilecek, Veteriner Genetikte moleküler tekniklerin kullan›m alanlar›n› yorumlayabilecek bilgi ve beceriler kazanabileceksiniz.

Anahtar Kavramlar • • • •

PCR Belirteç yard›mc›l› seleksiyon Kantitatif karakter lokuslar› Rekombinant DNA

• Transgenik hayvan • Kal›tsal hastal›klar • Filogenetik

‹çindekiler

Temel Veteriner Genetik

Moleküler Genetik Tekniklerin Kullan›m›

• TEMEL MOLEKÜLER TEKN‹KLER • BEL‹RTEÇ YARDIMCILI SELEKS‹YON VE Ç‹FTL‹K HAYVANLARINDA KULLANIMLARI • REKOMB‹NANT DNA TEKNOLOJ‹S‹ VE TRANSGEN‹K HAYVANLAR • VETER‹NER GENET‹KTE MOLEKÜLER TEKN‹KLER‹N KULLANILDI⁄I D‹⁄ER ALANLAR

Moleküler Genetik Tekniklerin Kullan›m› TEMEL MOLEKÜLER TEKN‹KLER Polimeraz Zincir Reaksiyonu Amerikal› Biyokimyac› Karry Banks Mullis taraf›ndan 1983’de Polimeraz Zincir Reaksiyonunun (Polymerase Chain Reaction, PCR/PZR) tan›mlanmas› ve çal›flman›n 1987 y›l›nda yay›nlanmas›n›n ard›ndan moleküler tekniklere her geçen gün yeni bir teknik eklenmifltir. PCR (PiSiAr fleklinde okunur), DNA dizilerinin in-vitro olarak ço¤alt›lmas› demektir. PCR ile çok az miktarlardaki DNA molekülü, k›sa bir süre içinde yüksek miktarlara ç›kart›lmaktad›r. Böylece tek bir hücredeki DNA bile klonlanma veya dizisinin ç›kart›lmas› ifllemi anlam›na gelen sekanslama ifllemleri için kullan›labilir hale gelmektedir. Bu nedenle de klinik tan›, genetik analizler, gen mühendisli¤i ve adli analizlerde s›kl›kla tercih edilmektedir. PCR tüm bir genom yerine, sadece genom üzerinde seçilen bir DNA bölgesinin ço¤alt›lmas›n› sa¤lamaktad›r. Bu iflleme yükseltgenme denilmektedir. PCR için gerekli olanlar s›ras›yla afla¤›da listelenmifltir: • Kal›p ad› verilen DNA molekülünün bulunmas› gerekir. DNA çok az miktarlarda elde edilse bile çal›fl›labilmektedir. • Kal›p DNA üzerindeki istenilen bölgeye özgü ileri ve geri yönlü bir çift primer kullan›lmaktad›r. Primerler yükseltgenilmesi istenilen diziye komplementer, yapay olarak sentezletilen, 15-30 bazl›k oligonükleotit dizileridir. Birisi istenilen dizinin bafllang›ç k›sm›ndan (ileri yönlü), di¤eri ise bitifl k›sm›ndan (geri yönlü) s›n›rlayacak flekilde olmal›d›r. Bu primerler sentezin bafllamas› için kal›p görevi görürler. • Yeni dizilerin sentezlenmesini sa¤layacak DNA polimeraz enzimi gereklidir. PCR ifllemi yüksek ›s›lar gerektirdi¤i için kullan›lacak enzimin de ›s›ya dayan›kl› olmas› gerekmektedir. Bu nedenle 90 oC’nin üstündeki s›cak su kaynaklar›nda yaflayan ›s›ya dirençli bakterilerden üretilmektedir. En bilinen ve yayg›n olarak kullan›lan› Thermus aquaticus’dan elde edilen Taq polimeraz enzimidir. • Yeni bir DNA’n›n sentezlenebilmesi için polimeraz enzimi taraf›ndan primerlerin ucuna eklenecek serbest nükleotidler gereklidir. Bunlar ticari olarak ayr› ayr› ya da kar›fl›m halinde sat›lan adenin, guanin, sitozin ve timin dinükleotid trifosfatlar›d›r (dNTP). • Gerekli olan ›s› ifllemlerinin düzenli bir döngü içerisinde k›sa bir sürede yap›labilmesi için bir PCR cihaz› gereklidir. PCR iflleminin yap›labilmesi için gelifltirilen bu cihazlara termal döngü cihaz› (thermocycler) da denilmektedir.

‹n-vitro: Canl›larla ilgili biyokimyasal ifllemlerin canl› üzerinde de¤il de yapay ortamda, örne¤in petri kab›nda, deney tüplerinde yap›lmas›.

Komplementer dizi: Bir DNA iplikçi¤inin bazlar› karfl›s›na hidrojen ba¤lar› kurularak sentezlenen ya da eklenen özgül dizidir. Oligonükleotit: K›sa bir polinükleotit zinciri oluflturmak için bir araya gelmifl birkaç nükleotitten oluflan DNA dizisi.

164

Temel Veteriner Genetik

PCR’› gelifltiren Mullis, ilk denemelerinde normal polimeraz enzimi kullanm›flt›r ve bu yüzden de her PCR tüpüne devaml› olarak yeni polimeraz enzimi eklemek zorunda kalm›flt›r. Bundan birkaç y›l sonra ›s›ya dirençli enzimin gelifltirilmesiyle bu sorun da ortadan kalkm›flt›r.

PCR Aflamalar›

fiekil 10.1 PCR’›n ilk aflamas›nda yaklafl›k 90 oC’de tutularak denatürasyon olmas› sa¤lan›rken, ikinci aflamada 5060 oC’de primerlerin ba¤lanmas› sa¤lanmaktad›r.

fiekil 10.2 PCR’›n üçüncü aflamas›nda yaklafl›k 70 oC’de tutularak primerin 3’ ucundan yeni bir DNA sentezi uzamas› sa¤lanmaktad›r.

PCR’›n ilk aflamas›nda kal›p DNA’n›n birkaç dakika süresince 90 oC’de tutularak zincirlerin birbirinden ayr›lmas› gerekmektedir. Bu ifllem karfl›l›kl› zincirler aras›ndaki hidrojen ba¤lar›n›n k›r›lmas›n› sa¤lamaktad›r ve denatürasyon ad› verilmektedir. Tek zincirli hale getirme iflleminin ard›ndan s›cakl›k 50-60 oC civar›na düflürülerek, primerlerin kal›p DNA üzerindeki komplementer dizilerine ba¤lanmas› sa¤lanmaktad›r (fiekil 10.1). Bu aflama da ba¤lanma-annealing aflamas› olarak isimlendirilmektedir. Sonraki aflamada ise ›s›ya dirençli polimeraz enzimi primerlerin 3’ ucundan bafllayarak yeni bir DNA sentezlemektedir (fiekil 10.2). Bu aflamaya uzama (elongation) ad› verilmektedir. Uzama 70oC’de olmaktad›r ve enzim bir primerin varl›¤›na ihtiyaç duymaktad›r. Ayr›ca burada unutulmamas› gereken bir di¤er önemli konu da uzaman›n sadece 5’-3’ yönünde oldu¤udur. Polimeraz enzimi kal›p DNA’y› 3’-5’ yönünde okur ama komplementerini 5’3’ yönünde sentezler. Üç aflama sonunda, bir kal›p DNA’daki hedef bölgenin ikiye katlanmas› sa¤lanmaktad›r. Bu üç farkl› s›cakl›¤›n arka arkaya olmas› bir döngü ad›n› almaktad›r ve her döngü sonunda 2’nin katlar› fleklinde logaritmik bir art›fl olmaktad›r. Bu art›fl, n döngü say›s› olarak kabul edilirse 2n fleklinde hesaplanabilir (fiekil 10.3).

165

10. Ünite - Moleküler Genetik Tekniklerin Kullan›m›

fiekil 10.3 PCR’›n üç aflamas›ndan oluflan her döngüde DNA miktar› iki kat›na ç›kmaktad›r.

PCR’›n aflamalar›n› ve kullan›lan kimyasallar› say›n›z.

SIRA S‹ZDE

1

PCR ürünleri genellikle jel elektroforezi yoluyla görüntülenmektedir. Jel elekD Ü fi Ü N E L ‹ M troforezi, DNA, RNA ve protein gibi biyolojik makromoleküllerin, elektriksel bir alanda, kat› bir ortamda molekül a¤›rl›klar› ve sahip olduklar› elektrik yüküne göR U re göç etmeleri prensibine dayanmaktad›r. Moleküllerin yük veS Oa¤›rl›klar›na göre katettikleri mesafe de farkl› olmaktad›r. Di¤er bir deyiflle, düflük a¤›rl›kl› moleküller ya da az baz çifti içerenler h›zl› hareket ederken, büyük moleküller daha yavafl D‹KKAT hareket etmektedirler. Elektroforez iflleminde elektrik ak›m›n› ileten bir tampon s›v›, kat› ortam oluflSIRA S‹ZDE turmak için ka¤›t, selüloz asetat, niflasta, agaroz veya poliakrilamid ile do¤ru ak›m üretmek için bir güç kayna¤› gerekmektedir. Jel elektroforezinde, kat› alan oluflturmak amac›yla çok farkl› kimyasallar kullan›lmakla birlikte s›kl›kla akrilamid ve k›rAMAÇLARIMIZ m›z› algden üretilen agaroz tercih edilmektedir. Bu kimyasallar›n polimerizasyonu s›ras›nda por ad› verilen gözle görülemeyen gözenekler oluflmaktad›r.

D Ü fi Ü N E L ‹ M Tampon: Asit ve bazlar›n bir araya gelerek oluflturduklar› tuzdan oluflan, pH S O gösteren R U de¤iflmesine direnç özel pH de¤erine sahip bir sistem veya çözelti, buffer. D‹KKAT Polimerizasyon: Küçük moleküllerin birleflerek, genellikle büyük molekül SIRA S‹ZDE a¤›rl›kta bir bileflik oluflturmas› ifllemi.

N N

K ‹ T A P

Jel elektroforezinde yüklenecek örne¤in büyüklü¤üne göre jelin yo¤unluk artt›r›lmakta ya SIRA S‹ZDE da azalt›lmaktad›r. Bunun nedeni sizce ne olabilir?

2

T DE ÜL Efi ÜV N‹ ZEYL O‹ MN

Akrilamidin polimerize olmas› temeline dayanan poliakrilamid jel elektroforezi (PAGE) daha çok proteinlerin ve 500 baz çiftine kadar DNA’lar›n ayr›m›nda kullaS O R U jel elektrofon›labilmektedir. Ancak DNA ve RNA çal›flmalar›nda daha çok agaroz ‹NTERNET rezi tercih edilmektedir. Agaroz jel, elektroforez tamponu içerisine konulan agarozunD ‹yüksek s›cakl›kta KKAT o eritilmesi ve ard›ndan 45-50 C’ye kadar so¤utularak jel kasedi içerisine dökülmesi ile haz›rlanmaktad›r. Kuyucuklar›n oluflmas› için eriyen jel içerisine taraklar yerS‹ZDE lefltirilerek oda s›cakl›¤›nda dondurulmaktad›r. Jel donduktan SIRA sonra taraklar ç›kart›larak oluflturulan kuyucuklara DNA veya PCR örnekleri yüklenerek, güç kayna¤› yard›m›yla do¤ru ak›m verilmektedir. Eksi yüklü olan DNA AMAÇLARIMIZ molekülleri anottan

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P SIRA S‹ZDE TELEV‹ZYON D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U ‹NTERNET

Anot: Art› (+) yüklü iletken uç. D‹KKAT Katod: Eksi (-) yüklü iletken uç.

N N

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

TELEV‹ZYON

166

Temel Veteriner Genetik

katoda do¤ru hareket ettikleri ve küçük moleküller daha h›zl› gitti¤i için örnekler aras› ayr›m yap›labilmektedir (fiekil 10.4). fiekil 10.4 PCR sonras›nda jel elektroforezinde, molekül büyüklü¤üne göre hareket h›z› de¤iflmektedir.

Restriksiyon endonükleazlar: Restriksiyon enzimleri çift ya da tek zincirli DNA üzerinde yer alan özel nükleotid dizileri tan›yarak, aralar›ndaki fosfodiester ba¤lar›n› k›rarlar. Bu enzimler özellikle bakteri ve arkealar›n, viruslara karfl› savunma mekanizmalar›d›r ve genellikle bakterilerden elde edilirek ticari olarak sat›l›rlar.

Tablo 10.1 Baz› restriksiyon enzimleri, elde edildikleri organizmalar, tan›ma ve kesim bölgeleri. Belirteç (marker): Genom üzerindeki yeri ve ifllevi bilinen, ancak baflka bir bölgenin belirlenmesi ya da tür, ›rk veya birey ayr›mlar›n›n yap›lmas›nda kullan›lan DNA bölgeleridir. Belirteçler özellikle gen haritalar›nda, birey ayr›m›nda ya da populasyon çal›flmalar›nda kullan›lmaktad›r.

Polimeraz Zincir Reaksiyonunun laboratuarlar taraf›ndan kabul görmesi ve yayg›n bir flekilde kullan›lmaya bafllamas›n›n ard›ndan PCR’a dayanan ve hayvanc›l›k çal›flmalar›nda belirteç olarak kullan›lan yeni teknikler gelifltirilmifltir. Bu tekniklerin en s›k kullan›lanlar› flunlard›r: Kesilmifl parçac›k uzunluk polimorfizmi (restriction fragment length polymorphism, RFLP): PCR-RFLP tekni¤i DNA üzerindeki varyasyonlara dayanmaktad›r. ‹stenilen bölgenin PCR’›n›n ard›ndan restriksiyon endonükleaz enzimleri kullan›larak DNA’n›n parçalara ayr›lmas› prensibine dayanmaktad›r. Enzimin tan›d›¤› ve kesim yapt›¤› bölgedeki baz farkl›l›klar›na göre de kesilip kesilmemeye ba¤l› olarak farkl› uzunlukta DNA parçalar› elde edilmektedir. Kesilmifl parçac›klar›n ayr›m› da yine jel elektroforezi yoluyla yap›lmaktad›r. Her enzimin kendine özgü bir tan›ma dizisi vard›r (Tablo 10.1). Kesim sonras›nda DNA’n›n aç›kta kalan uçlar› ayn› noktadan karfl›l›kl› kesiliyorsa kör; en az bir baz farkl›l›kla kesiliyorsa yap›flkan uçlar oluflmaktad›r. Enzim

Elde edildi¤i organizma

Tan›ma ve kesim bölgesi

EcoRI

Escherichia coli RY13

5’...G⇓ AATTC...3’ 3’...CTTAA⇑ G...5’

Alul

Arthrobacter luteus

5’...AG⇓ CT...3’ 3’...TC⇑ GA...5’

Haelll

Haemophilus aegyptius

5’...GG⇓ CC...3’ 3’...CC⇑ GG...5

Hindlll

Haemophilus influenzae

5’...A⇓ AGCTT...3’ 3’...TTCGA⇑ A...5’

Ço¤alt›lm›fl parça uzunluk polimorfizmi (amplified fragment length polymorphism, AFLP): Bu teknik üç aflamay› kapsamaktad›r. Bunlar; DNA’n›n restriksiyon enzimleriyle kesilmesi ve bunu takiben kesilen uçlara özgül dizilerin eklen-

167

10. Ünite - Moleküler Genetik Tekniklerin Kullan›m›

mesi; bu parçalar›n PCR ile ço¤alt›lmas› ve ço¤alt›lan parçalar›n görüntülenmesidir (fiekil 10.5). Teknik de¤iflken say›l› bitiflik tekrar (variable number tandem repeat, VNTR) polimorfizmlerine dayal› alellerin ayr›m›n› sa¤lamaktad›r. Az say›da tekrar içerenler h›zl›, çok say›da tekrar içerenler yavafl hareket etmektedirler. Polimorfik DNA’n›n rastgele ço¤alt›lmas› (random amplified polymorphic dna, RAPD): Bu teknik, yaklafl›k 10 nükleotid uzunlu¤unda çok say›da primer kullan›larak genom üzerinde rastgele bölgelerin PCR yoluyla ço¤alt›lmas› ve görüntülenmesine dayanmaktad›r. Mikrosatellit analizleri: Mikrosatellit terimi, genomda da¤›lm›fl olarak bulunan 2-6 baz çiftinin de¤iflken say›da tekrar›n› ifade etmektedir. Genomdaki ikili tekrarlar›n mikrosatellit kabul edilebilmesi için en az 7 tekrar olmas› gerekmektedir. Mikrosatellitlere k›sa ard›fl›k tekrarlar (short tandem repeat, STR) ya da basit dizi tekrarlar› (simple sequence repeat, SSR) denilmektedir. Örne¤in bir allelde GC ikili tekrar› 7 kere bulunurken, bir baflka allelde 13 kere bulunabilmektedir ve bu farkl›l›ktan yararlan›larak örnekler aras› polimorfizm PCR yard›m›yla ortaya konulabilmektedir (fiekil 10.5). fiekil 10.5 Mikrosatellit analizi, bireyden bireye de¤iflen nükleotid tekrarlar›na dayanan bir tekniktir.

Hayvanlarla ilgili çal›flmalarda en s›k kullan›lan belirteçlerden birisi olan mikrosatellitler, eflbask›n (ko-dominant) kal›t›m göstermektedirler. Bu yüzden özellikle ebeveyn belirleme testlerinde, adli olaylarda ve populasyon çal›flmalar›nda s›kl›kla tercih edilmektedirler. Tercih edilmelerinin bafll›ca nedeni ise farkl› say›daki tekrarlara ba¤l› olarak allelin baz say›s›n›n de¤ifliklik göstermesi ve buna ba¤l› olarak da polimorfizmin yüksek olmas›d›r. Tekli nükleotit polimorfizmi (TNP; single nucleotide polymorphism, SNP): Genom üzerinde belirli bölgelerde bireyler aras›ndaki tek bazl›k farkl›l›¤a dayanan (A,T, G ya da C) polimorfizm türüdür. Bu tek bazl›k farkl›l›klar, baz› hayvanlar›n farkl› görünmesinin, baz› hayvanlar›n hastal›klara dirençli olmas›n›n ya da davran›fl farkl›l›klar› olmas›n›n sebebi olabilmektedir. Genomun herhangi bir bölgesinde olabilirler ve say›lar› her 1000-1500 baz da bir olacak flekilde 2-3 milyon aras›d›r. Eflbask›n belirteçlerden SNP’ler çeflitli amaçlar için kullan›labilmektedir. E¤er daha önceden bir hastal›kla ya da fenotiple iliflkilendirilmifl olan tek bir SNP’e bak›lacaksa ve enzim tan›ma bölgesinde de¤iflikli¤e neden oluyorsa RFLP ile örnekleri taramak yeterli olmaktad›r. Örne¤in 9. Bölümde anlat›lan BLAD hastal›¤›nda,

168

Temel Veteriner Genetik

Prob: 20-100 nükleotid uzunlu¤undaki DNA parçalar›d›r. Genellikle floresan boyalarla iflaretlenerek bir reaksiyonun oluflumunu kontrol için kullan›l›rlar.

fiekil 10.6 Bir mikroarray çipi ve elde edilen analiz görüntüsü örne¤i.

SIRA S‹ZDE

3

D Ü fi Ü N E L ‹ M S O R U

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

Moleküler belirteç amac›yla kullan›lan AFLP, RAPD, RFLP, mikrosatellit ve SNP analizleriSIRA S‹ZDE nin temel prensiplerini aç›klay›n›z, polimorfizm aç›s›ndan en bilgi verici olan› söyleyiniz. D Ü fi Ü N E L ‹ M Dizi analizi: DNA dizi analizi bir DNA parças›n›n sahip oldu¤u tüm baz dizilimini ortaya koydu¤u için, di¤er tekniklere oranla, bireylerin ya da populasyonlaS O R U rol oynayan mutasyonlar› da daha net bir flekilde ortaya koyar›n farkl›laflmas›nda bilmektedir. DNA dizi analizi iki metotla yap›labilmektedir. Bunlardan birisi Maxam ve Gilbert’in 1977 y›l›nda yay›nlad›klar› kimyasal k›r›lma yöntemidir. Bu meD‹KKAT tot baz-spesifik-kimyasallar yard›m›yla, DNA’da yer alan baz› nükleotit bölgelerinde fleker-fosfat iskeletinde rastgele k›r›lmalar oluflturulmas›na dayanmaktad›r. Bu SIRA S‹ZDE amaçla hidrazin, dimetil sülfat ya da formik asit kullan›larak bazlar de¤iflikli¤e u¤rat›lmakta ve daha sonra piperidin yard›m›yla degiflikli¤e u¤ram›fl nükleotitlerin bulundu¤uAMAÇLARIMIZ noktalardan DNA zinciri k›r›lmaktad›r. Bu yöntemde, nükleotit dizisi saptanacak olan DNA önce 5’ ucundan radyoaktif bir madde ile iflaretlenmektedir. Daha sonra DNA’n›n ayr› ayr› A, C, G ya da T nükleotitlerinden k›r›lmas› için dört ayr› tüpte de¤iflime K ‹ T A P u¤rama ve k›r›lma tepkimeleri gerçeklefltirilmekte ve böylece her tüpte farkl› nükleotitlerden k›r›lm›fl boylar› birbirinden farkl› DNA parçalar› elde edilmektedir. Elde edilen DNA parçac›klar›, yüksek çözünürlükte poliakrilamid jel elektroforezi T E L E V ‹ Zile Y O Nküçükten büyü¤e do¤ru ilerleyerek birbirlerinden ayr›lmakta

N N

Piperidin: Proteinlerin y›k›mlanmas› sonucu oluflan amin bilefli¤idir ve DNA’da AMAÇLARIMIZ k›r›lmalara yol açar.

K ‹ T A P

CD18 glikoproteinini kodlayan genin 383. nükleotidinde A/G de¤iflimi bir SNP’tir ve TaqI ad› verilen bir restriksiyon enzimi için kesim bölgesi oluflturmaktad›r. Ancak genom düzeyinde bir hastal›kla ya da fenotiple ilgili gen veya genlerin yerleri belirlenmek isteniyorsa, ya da ebeveyn testi gibi birden fazla bölgenin karfl›laflt›r›lmas› gerekiyorsa çok say›da SNP bölgesini taray›p iliflkilendirmek gerekmektedir. Say›lar› milyonlarla ifade edilen SNP’lerin analizleri mikroarray teknolojisiyle yap›lmaktad›r. Mikroarray, cam, plastik gibi küçük kat› bir yüzey üzerine çok say›da probun belirli noktalara mikroskobik düzeyde tutturulmas›yla elde edilmektedir (fiekil 10.6). Bu noktalara spot ad› verilmektedir ve mikroarray üzerinde binlerce bulunmaktad›r. ‹lgili SNP’in hangi allelinin spotlara ba¤land›¤›na göre analiz görüntüsü de¤iflmekte ve böylece bir seferde binlerce SNP alleli okunabilmektedir. SNP’ler kolay belirlenebildikleri ve düflük mutasyon oran›na sahip olduklar› için özellikle insanlarda en fazla tercih edilen moleküler belirteçlerdir ve her geçen gün hayvanlarda belirlenen SNP say›s› da katlanarak artmaktad›r. Kanatl›larda 2004 y›l›na kadar 2,8 milyon, köpekte 2005 y›l›na kadar 2,5 milyon ve s›¤›rda da 2 milyon SNP belirlenmifl ve yay›nlanm›flt›r ve domuz için de böyle bir panel beklenmektedir. Genom dizilimleri ç›kart›lan hayvan say›s› artt›kça, ticari olarak ulafl›labilen SNP mikroarray kitleri de artmaktad›r.

‹NTERNET

169

10. Ünite - Moleküler Genetik Tekniklerin Kullan›m›

ve DNA bantlar› görünür hale getirilmektedir. Zararl› kimyasallar›n kullan›ld›¤› bu yöntem bir tepkimede en fazla 100 baz okumas›yla s›n›rl› kalmaktad›r. Bir di¤er ve daha s›k kullan›lan dizi analizi tekni¤i ise 1977’de Sanger ve arkadafllar› taraf›ndan gelifltirilen dideoksi dizi sonland›rma (chain termination) reaksiyonudur. Bu teknik, dNTP’lerin yan› s›ra 3'-hidroksil (OH-) grubu olmayan 2',3'dideoksiribonükleozit trifosfatlar›n (ddNTP) ve DNA Polimeraz enziminin yard›m›yla DNA moleküllerinin 5'→3' yönünde uzat›lmas›na dayanmaktad›r. Reaksiyon s›ras›nda DNA polimeraz taraf›ndan sentezlenen PZR ürününe herhangi bir ddNTP’nin kat›lmas› ile 3' pozisyonunda serbest hidroksil grubu olmad›¤›ndan yeni bir baz eklenemez ve sentez devam etmez (fiekil 10.7). Bunun sonucu olarak da serbest Hidroksil grubu olmayan A,G,T ve C bazlar›na ba¤l› olarak de¤iflen boylarda PZR ürünleri oluflmaktad›r. fiekil 10.7 Deoksiribonükleotit trifosfat ve dideoksi türevinin kimyasal yap›s›.

Sanger ve arkadafllar› taraf›ndan gelifltirilen metotda kal›p DNA, bir primer, DNA polimeraz, üç iflaretlenmemifl dNTP, bir iflaretli dNTP ve iflaretli dNTP’nin ddNTP formunu içeren 4 ayr› tüp içerisinde (A tüpü, G tüpü vb.) dört ayr› PZR reaksiyonu kurulmaktad›r. Reaksiyonda primer tek zincirli DNA kal›b›na ba¤lan›p, ddNTP formdaki baz eklenene kadar tek bir baz yönünden iflaretli halde uzamaktad›r. PZR ürünlerinin büyüklü¤ünün belirlenmesi, yüksek çözünürlüklü poliakrilamid jel elektroforezinde yap›lmaktad›r. Elektroforezde en h›zl› giden band en küçük DNA fragmentidir ve hangi ddNTP ile oluflturulmufl ise primerden sonra gelen ilk baz odur. H›z› ilk banta en yak›n olan ikinci bant ise ikinci baz› göstermektedir. Böylece afla¤›dan yukar›ya do¤ru h›z› giderek düflen, baz uzunlu¤u ise giderek artan bantlar›n hangi ddNTP ile oluflturulduklar› belirlenmekte ve 5’-3’ yö-

fiekil 10.8 Yeni dideoksi metoduna göre elde edilen pikler, farkl› renkleri sayesinde baz dizisinin okunmas›n› sa¤lamaktad›r.

170

Temel Veteriner Genetik

nüne do¤ru olan baz dizilimi okunmaktad›r Daha sonraki y›llarda gelifltirilen ve art›k daha yayg›n kullan›lan dideoksi metodunda ise tek tüp içinde dört dNTP’de reaksiyona kat›lmakta ve farkl› renk floresan boyayla iflaretlenmifl ddNTP’ler de reaksiyona girmektedirler. Floresan iflaretli ddNTP’ler kapiller elektroforez cihazlar›nda bulunan özel alg›lay›c›larla tan›n›p her bir baz farkl› renkte pik verecek flekilde görsel olarak kaydedilmekte ve böylece hassas bir flekilde dizileme yap›labilmektedir (fiekil 10.8). Elde edilen diziler alt alta hizalanarak incelenmekte ve mutasyon olan baz dizilimleri net bir flekilde gözlenebilmektedir.

BEL‹RTEÇ YARDIMCILI SELEKS‹YON VE Ç‹FTL‹K HAYVANLARINDA KULLANIMLARI Hayvan yetifltiricili¤inde eldeki hayvanlardan olas› en üstün verimin al›nmas› hem genotipin gelifltirilmesini hem de çevre flartlar›n›n iyilefltirilmesini gerektirmektedir. Bu amaçla seleksiyon ve baz› birlefltirme sistemleri kullan›lmaktad›r. Seleksiyon, bir populasyon içerisinde istenilen karakterler yönünden üstün verim özellikleri tafl›yanlara, tafl›mayanlara oranla daha fazla üreme f›rsat› verilmesidir. Geleneksel olarak bu ifllemler ele al›nan karakter yönünden verim düzeylerine bak›larak yap›l›r. Ancak verim düzeylerine bak›larak yap›lan seçimin baflar›l› olabilmesi için o karakterin kal›t›m derecesinin (h2), yüksek olmas› gereklidir. Kal›t›m derecesi yüksek oldu¤unda çevrenin fenotipik varyasyon üzerine etkisinin düflük oldu¤unu göstermektedir. Böylece ilgilenilen karaktere ait genler hakk›nda herhangi bir bilgi olmaks›z›n fenotipik de¤erlere bak›larak en üstün bireyler seçildi¤inde, genotipik yönden de üstün özellikli bireyler seçilebilmektedir. Çevre etkisinin fenotipik varyasyon üzerinde büyük pay› oldu¤u karakterlerde yani kal›t›m derecesi düflük karakterlerde ise fenotipe bakarak seçim yapmak hem hatal› hem de zor olmaktad›r. Kal›t›m derecesi düflük, verim düzeyinin belirlenmesi pahal› olan, sadece ileri yafllarda ölçümü yap›labilen ya da ölçümü güç olan karakterlerde (süt verimi, et kalitesi, hastal›klara direnç vb. gibi) seleksiyona cevab› artt›rmada hayvanlar›n performanslar›na bakarak en iyi allelleri tafl›yan hayvanlar› belirlemek s›n›rl›, hatta güçtür. Böyle durumlarda, moleküler genetik ile fenotipik verilere dayanan seleksiyonun beraber kullan›lmas› seleksiyonun etkinli¤ini ve do¤rulu¤unu artt›rmaktad›r. Bu seleksiyon modelinin ad› Belirteç Yard›mc›l› Seleksiyon’dur (Marker Assisted Selection, MAS). Belirteç kullan›larak kantitatif karakter lokusunun belirlenmesi analizlerinde, önce bir karakterin bilinen bir genetik belirtece ba¤l› olup olmad›¤› araflt›r›lmaktad›r. Çünkü, kromozom üzerinde bir gen ile bir genetik belirteç birbirine ne kadar yak›n konumdalarsa, sonraki nesillere birlikte aktar›lma olas›l›klar› da o kadar yüksek olmaktad›r. Di¤er bir deyiflle, fiekil 10.9’da verilen örnek ele al›nd›¤›nda belirteç yönünden M allelini tafl›yan bireyler ayn› zamanda istenilen karakterin de Q allelini tafl›yor olacaklard›r. Bir populasyonda M allelini tafl›yan bireylerin seçilimi yap›ld›¤›nda o karakter yönünden de indirek seleksiyon yap›lm›fl olacakt›r. Buna ba¤l› olarak da ilgili gen bilinmese bile belirteç lokusu genotiplendirilerek indirek seleksiyon uygulanabilmektedir. fiekil 10.9 QTL allelleri (Q ve q) ile belirteç allellerinin (M ve m) ba¤lant› halinde olmas›.

Q

M

q

m

171

10. Ünite - Moleküler Genetik Tekniklerin Kullan›m›

Belirteç Yard›mc›l› Seleksiyon’da, DNA belirteçleri nicel karakterleri kodlayan genlerin yer ald›¤› kromozom bölgelerini iflaret etmektedirler. Bu kromozomal bölgelere Nicel Karakter Lokuslar› (Quantitative Trait Loci, QTL) ad› verilmektedir. QTL’ler, bir nicel karakterin ifade edilme derecesi üzerinde anlaml› etkileri bulunan lokuslard›r. Verim karakterleri olarak da ifade edilen bu karakterlerin ço¤u, her biri küçük etkilere sahip toplamal› birçok gen taraf›ndan kontrol edilmektedirler. Di¤er bir deyiflle poligenik kal›t›m görülmektedir. Ancak baz› genlerin karakter üzerine etkisi daha büyük olabilmektedir; böyle lokuslara da major genler ad› verilmektedir. Çiftlik hayvanlar› içinde en çok QTL çal›flmas› domuzlarla yap›lm›flt›r. Moleküler belirteçlerin geliflimi ve ulafl›labilirli¤i domuz genom haritalar›n› oldukça zenginlefltirmifltir. Ayr›ca aral›klar› 2-3 cM olan belirteçlerden oluflan ba¤lant› haritalar› ve SNP panelleri ticari olarak eriflilebilir durumdad›r. Bu haritalar ve paneller sayesinde 1831 kantitatif karakter bölgesi saptanm›flt›r. Domuzda moleküler düzeyde belirlenen QTL’lerden birisi büyüme ve farkl›laflma faktörlerinden birisi olan IGF2 geninin 3. intron bölgesinde 3072. nükleotidde Guanin’den Adenin’e de¤iflimdir (intron3, G3072A) ve kas kütlesinde art›fla (fiekil 10.10) neden olmaktad›r. fiekil 10.10 IGF2 geninde flekillenen mutasyona ba¤l› olarak flekillenen fenotip.

Domuzdan sonra en çok QTL belirleme çal›flmas› yap›lan tür olan s›¤›rda ise süt üretimi ile ilgili olarak, genetik belirteçlerin kullan›m› ile yap›lan QTL çal›flmalar›nda rol oynayan baz› lokuslar belirlense de bütün genler hala tam olarak bilinmemektedir. Ancak SNP ve mikrosatellit belirteçlerinin PZR kullan›larak tiplendirilmesinin keflfinden beri, çiftlik hayvanlar›nda süt verimi ve di¤er verimlerin genetik çözümlemesinin sistemati¤i daha yap›labilir hale gelmifltir. Örne¤in belirteç yard›mc›l› seleksiyon yard›m›yla, 14. kromozomun süt verimiyle iliflkili oldu¤u belirlenmifl ve daha sonra da bu kromozom üzerinde yer alan acylCoA:diacylglycerol acyltransferase (DGAT1) genindeki bir mutasyonun, 232. amino asit pozisyonunda Lizinden Alanine dönüflüme (K232A) neden oldu¤u ve oluflan varyantlar›n süt ya¤ kompozisyonunu etkiledi¤i ortaya konulmufltur. Mutasyon sonucu oluflan allel (232. aminoasit olarak Alanin bulunduran allel) süt proteini miktar› ve dolay›s›yla süt ürünleri eldesini artt›r›rken, ya¤ oran›nda azalmaya sebep olmaktad›r. Tavuklarda yap›lan çal›flmalarda da baz› kantitatif karakter lokuslar› belirlenmifltir. Bulunan kantitatif karakterler, di¤er türlerde oldu¤u gibi daha çok verimle ilgili ve daha sonra da sa¤l›kla ilgili karakterlerdir. Vücut büyüklü¤ü ile ilgili olarak cinsiyete ba¤l› resesif cücelik, s›ca¤a karfl› tolerans sa¤layan ç›plak boyunluluk,

172

Temel Veteriner Genetik

Leukosis virüs enfeksiyonlar›na ve Marek hastal›¤›na karfl› genetik direncin kontrolü bunlar›n önemlilerindendir. Çiftlik hayvanlar› içinde di¤erlerine oranla daha az çal›fl›lan koyunlarda, et kalitesi ile ilgili olarak iki önemli QTL tam olarak ayd›nlat›lm›flt›r. Bunlardan birisi Texel koyunlar›nda Myostatin genindeki bir mutasyondur [Texel MSTN, g +6723(GA) mutasyonu] ve kas kütlesinin art›fl›na sebep olmaktad›r. Koyunlarda et kalitesi ile ilgili bir di¤er QTL de arka bacaklar ve sa¤r› bölgesindeki kaslarda kas yap›s›nda de¤iflikli¤e yol açarak daha fazla et verimine sebep olan Callipyge genidir. Bu genin 18. kromozom üzerinde oldu¤u ve hangi mutasyonla bu fenotipi oluflturdu¤u belirlenmifl, ancak sadece babadan aktar›ld›¤›nda karakterin ifade ediliyor olmas›n›n (polar overdominans) sebebi çözülememifltir. Koyunlarda çoklu do¤umla iliflkili 6. kromozomda Boorola mutasyonu (FecB); X kromozomu üzerinde bulunan ve homozigot oldu¤unda infertiliteye neden olan Inverdale (FecX) genleri verimle iliflkilendirilmifl bafll›ca QTL’lerdendir. PrP olarak bilinen prion proteinlerin sinir hücrelerinde birikimiyle flekillenen Scrapie hastal›¤›na karfl› duyarl›l›k ile ilgili olarak PrP geninde varyasyonlar ortaya konulmufltur ve ‹ngiltere, Fransa gibi baz› ülkelerde Scrapie’ye dirençli hatlardan oluflan sürüler yetifltirilmektedir. Çiftlik hayvanlar›nda belirteçler yard›m›yla belirlenmifl birçok QTL bulunmaktad›r. Söz konusu karakterlerde klasik ›slah programlar›yla çok uzun süreçler sonucunda elde edilebilecek genetik ilerlemenin, belirteçlerin ya da aday genlerin kullan›m› ile bir veya birkaç nesilde elde edilmesi mümkün olmaktad›r. Belirteç Yard›mc›l› Seleksiyon sayesinde gelecekte hayvanlarda seleksiyon ve hastal›klar›n tedavisi konular›nda çarp›c› ilerlemeler olaca¤› düflünülmektedir. Örne¤in çeflitli karakterler aç›s›ndan özel yetifltirme ve üretim hatlar› oluflturulmas›; Veteriner Hekimlerin, hayvanlar›n genomik bilgilerine bakarak, ilaca ya da hastal›¤a duyarl›l›k veya dirençlili¤ine bakarak “kiflisellefltirilmifl” sa¤alt›m hizmeti vermesi mümkün olacakt›r. SIRA S‹ZDE

4

Çiftlik hayvanlar›n›n üretim sistemlerinde, seleksiyonda belirteçlerden yararlan›lmas›n›n SIRA S‹ZDE avantajlar› ve dezavantajlar› neler olabilir?

D Ü fi Ü N E L ‹ M

D Ü fi Ü N E L ‹ M REKOMB‹NANT DNA TEKNOLOJ‹S‹ VE TRANSGEN‹K HAYVANLAR

S O R U

DNA’n›n enzimlerle S O R U de¤ifltirilebilmesi, plazmid gibi kromozom d›fl› DNA elemanlar›n ve bakteriyofajlar›n keflfi rekombinant DNA teknolojisinin de önünü açm›flt›r. Rekombinant DNA (rDNA) teknolojisi bir organizmadan di¤erine genetik materyal D‹KKAT aktar›m›n› kapsayan, bir dizi ifllemler bütünüdür. Rekombinant DNA aktar›m› sonucu üretilen proteine rekombinant protein, aktar›m›n yap›ld›¤› organizmaya ise S‹ZDE ad› verilmektedir. rDNA birçok yöntemle oluflturulabilmektransgenik SIRA organizma tedir ancak genel olarak afla¤›daki s›ra takip edilir: • Hedef DNA parças›n›n verici organizmadan elde edilmesi, AMAÇLARIMIZ • Hedef DNA’n›n restriksiyon enzimleriyle kesilmesi, • Kesilen parçan›n farkl› bir organizman›n DNA’s› ile birlefltirilmesi, • Oluflan K ‹ yeni T A PDNA’n›n direk olarak ya da vektör arac›l›¤›yla bakteri gibi bir konak hücreye aktar›lmas› (fiekil 10.11.). Rekombinant DNA teknolojisinde en önemli unsur çift zincirli DNA’n›n baz› bölgeleriniT Etan›yarak kesen restriksiyon enzimlerinin ve k›r›k DNA parçalar›n›n uçLEV‹ZYON lar›n› birlefltiren ligaz enziminin varl›¤›d›r.

D‹KKAT

SIRA S‹ZDE

AMAÇLARIMIZ

K ‹ T A P

TELEV‹ZYON

‹NTERNET

N N

‹NTERNET

173

10. Ünite - Moleküler Genetik Tekniklerin Kullan›m›

Transgenik organizma elde edilmesinde, kesilip-yap›flt›r›lan DNA parças›n› tafl›yan ve arac› olarak kullan›lan canl›lara vektör ad› verilmektedir. Klonlamada; plazmid, faj, virus ve Klonlanacak DNA Klonlanacak bakteri olmak üzere baflvektör l›ca 4 temel vektörden yararlan›lmaktad›r. VektörHedef bölge ler amaca yönelik olarak seçilmektedirler. Hangisinin kullan›laca¤› ile ilgili olarak seçim yap›lmas› s›Rekombinant DNA ras›nda, baz dizilimleri, hangi enzimlerle kesim için uygun olduklar› (resTransgenik organizma triksiyon haritalar›), gen fonksiyonlar›, replikasyon mekanizmalar› gibi özelliklerinin iyi bilinmesi gerekmektedir. Plazmid vektörleri, baz› prokaryotlarda (bakteriler) ve maya, flamentöz mantar, mavi algler gibi ökaryotik organizmalarda bulunmaktad›rlar. Bunlar genellikle kromozomdan ayr› olarak sitoplazmda bulunurlar ve kendi kendilerini eflleyebilme özelli¤ine sahiptirler. Plazmidler, çok say›da, kolay ve ucuz elde edilmeleri, çift iplikçikli, sarmal ve sirküler bir yap›ya sahip olmalar›, hastal›k yap›c› etkiye sahip olmamalar›, gibi nedenlerle tercih edilmektedirler. Ancak tafl›yabilecekleri DNA parças› yaklafl›k 3 kilobazd›r. Bakteriyofaj da denilen fajlar ise bakterilerin içerisine giren, üreyen ve genetik tafl›y›c› olarak görev yapan viruslard›r. Fajlar›n baz›lar› bakterinin ölümüne neden olurken baz›lar› da kendi genomunu bakterinin genomuna aktararak onunla beraber replikasyona u¤ramaktad›rlar. Kozmid ve lambda fajlar› en s›k kullan›lan faj vektörleridir. Örne¤in lambda faj› 50 kilobaz uzunlu¤undaki DNA parçalar›n› tafl›yabilme kapasitesine sahiptir. Kullan›m alanlar›n›n artmas›yla birlikte rekombinant DNA teknolojisi daha fazla önem kazanmaktad›r. Rekombinant hayvan afl›lar›n›n üretimi, hayvanlardan rekombinant hormon eldesi gibi alanlar bunlardan bafll›calar›d›r. Hayvanlardan rekombinant ürünler elde edilebilmesi için, yine farkl› bir genetik materyalin, al›c› bir hayvana aktar›lmas› gerekmektedir ve böyle hayvanlara da transgenik hayvan ad› verilmektedir. Özellikle transgenik fareler, çeflitli insan hastal›klar›nda biyomedikal araflt›rmalar ve ilaç denemeleri için model hayvan olarak kullan›labilmektedir. Transgenik çiftlik hayvanlar›n›n kullan›m amac› ise model olmalar›n›n yan› s›ra çok miktarda süt üretebilmeleri ve böylece süt üretimi s›ras›nda çok miktarda da rekombinant protein üretmeleri gibi verim özellikleridir. Bu amaçla kullan›lan hayvanlara biyoreaktör hayvanlar ad› verilmektedir. Rekombinant protein eldesine yönelik transgenik hayvan üretiminde en s›k kullan›lan yöntem mikroenjeksiyondur. Mikroenjeksiyon yoluyla üretilen ve bilinen en meflhur hayvan Dolly’dir. Dolly, 1.bölümden de hat›rlayaca¤›n›z gibi verici bir bireyin meme epitelinden al›nan DNA’n›n baflka bir bireyden al›nan yumurta hücresine aktar›lmas›yla üretilmifltir. Mikroenjeksiyon yönteminde izlenen temel

fiekil 10.11 Rekombinant DNA teknolojisi ile transgenik organizma elde edilmesi.

Biyomedikal: T›pta tan› ve tedavi amac›yla araç ve gereçlerin üretimi, tasar›m› ve iletiflimi ile ilgilenen mühendislik dal›.

174

Pronükleus (pronüklei): döllenme aflamas›nda sperm yumurta içine girdikten sonra ancak sperm ve yumurtan›n sahip oldu¤ çekirde¤e verilen isimdir.

Tablo 10.2 Baz› insan proteinleri ile ilgili genler hayvanlara aktar›larak biyoreaktör hayvanlar elde edilebilmektedir.

Temel Veteriner Genetik

aflamalar; (1) oositlerin elde edilmesi (örne¤in kesimhanedeki hayvanlardan), (2) oositlerin in vitro olgunlaflt›r›lmas›; (3) bo¤a spermas› kullan›larak in vitro döllenme; (4) döllenmifl yumurtalar›n (zigotlar›n) santrifüj yoluyla toplanmas›; (5) erkek pronükleusu içerisine istenilen DNA’n›n (transgenin) cam mikropipet yard›m›yla enjeksiyonu; (6) embriyolar›n in vitro gelifltirilmesi; (7) her bir embriyonun tafl›y›c› annelere aktar›lmas›; (8) transgenin varl›¤›n›n yavrularda kontrolüdür. Biyoreaktör amaçl› üretilen transgenik hayvanlar›n en s›k kullan›ld›¤› alan eczac›l›kla ilgili kimyasallar›n üretimidir. Özellikle baz› insan proteinlerinin çiftlik hayvanlar›n›n meme bezi yoluyla, di¤er bir deyiflle süt içerisinde, rekombinant protein fleklinde hayvanlardan elde edilmesi baz› hastal›klar›n tedavisinde 盤›r aç›c› geliflmeler sa¤lam›flt›r (Tablo 10.2.). Rekombinant Protein

Biyoreaktör Hayvan

‹nsan büyüme hormonu

Keçi

‹nsan a-antitripsin

Koyun

‹nsan antitrombin III

Keçi

‹nsan faktör VIII

Koyun

‹nsan faktör IX

Koyun

‹nsan fibribnojen

Koyun

‹nsan laktoferrin

‹nek

Alfa-1 proteinaz inhibitör

Fare

‹nsan büyüme hormonu

Fare

‹nsan serum albumin

Fare

Pro-insülin

Fare

Prolaktin

Fare

VETER‹NER GENET‹KTE MOLEKÜLER TEKN‹KLER‹N KULLANILDI⁄I D‹⁄ER ALANLAR

Eradikasyon: Bir hastal›¤›n ortadan kald›r›lmas›, yok edilmesi.

Teknolojinin günden güne geliflmesi ve buna parallel olarak da yeni moleküler tekniklerin gelifltirilmesi birçok alanda oldu¤u gibi Veteriner Genetik alan›nda da yeni araflt›rma alanlar›n›n oluflmas›n› sa¤lam›flt›r. Örne¤in filogenetik çal›flmalar, kal›tsal hastal›klar›n belirlenmesi ve populasyonlarda taranmas› ile ilgili çal›flmalar ve adli olaylar›n ayd›nlat›ld›¤› çal›flmalar bunlar›n bafll›calar›d›r. Filogenetik teriminin sözlük anlam›, bir türün ya da yüksek taksonomik gruplar›n soy geliflimi ve evrim geçmiflidir. Bir grubun evrimsel tarihi, onun filogenisi olarak adland›r›lmaktad›r. Türler aras›ndaki iliflkiler, ›rklar›n tarihi ve genetik çeflitlilik çal›flmalar› ise filogenetik çal›flmalard›r ve populasyonlar aras›ndaki fenotipik ve genetik farkl›l›klar›n belirlenmesini amaçlarlar. Kal›tsal hastal›klar sonraki nesillere kal›t›m yoluyla geçen hastal›klard›r. Kromozom ya da genlerdeki mutasyonlar nedeniyle meydana gelmektedirler. E¤er letal (öldürücü) etkiye sahip de¤illerse dölden döle aktar›lmaktad›rlar. Özellikle ekonomik de¤eri olan hayvanlarda her iki durumda da belirlenerek, ilgili mutasyonun eradike edilmesi gerekmektedir. S›¤›rlarda 9. Bölümde anlat›lan, BLAD, DUMPS, Sitrulinemi, Arap atlar›nda SCID önemli kal›tsal hastal›klar için iyi birer örnektirler. ‹lgili mutasyonlar›n belirlenmesine yönelik RFLP gibi moleküler tekniklere dayanan testler gelifltirilmifltir. Ayr›ca kal›tsal hastal›klar›n mekanizmalar›n›n ve alt›nda

10. Ünite - Moleküler Genetik Tekniklerin Kullan›m›

yatan gen bozuklu¤unun belirlenmesi, benzer hastal›klar›n insanlarda da olmas› nedeniyle, ayr› bir öneme de sahiptir. Son y›llarda hayvanlarla ilgili adli olaylarda da moleküler teknikler kullan›lmaya bafllam›flt›r. Örne¤in bir kan damlas›n›n hangi türe ait oldu¤u veya bir et ya da k›l örne¤inin hangi bireye ait oldu¤u kolayl›kla belirlenebilmektedir. Bu testlerin temelinde yine polimorfizm yatmaktad›r. Bir türün bireyleri o türe özgü sabit bir diziyi tafl›rken (örne¤in mtDNA üzerinde 12S-rRNA bölgesi), ayn› zamanda bireyler birbirinden oldukça farkl› baz› dizilimlerine de sahiptirler. Dolay›s›yla sabit dizi tür düzeyinde ayr›m› sa¤larken polimorfik olan diziler de birey düzeyinde ayr›ma olanak sa¤maktad›rlar. Mikrosatellit ve SNP belirteçleri bu amaçla s›k kullan›lmaktad›r ve bireyler %99,9 d›fllama yüzdesi ile birbirinden ayr›labilmektedir.

175

176

Temel Veteriner Genetik

Özet

N A M A Ç

1

N AM A Ç

2

ço¤alt›lmas› ve görüntülenmesine dayanmaktad›r. K›sa ard›fl›k tekrarlar, basit dizi tekrarlar› gibi adland›rmalar› da kullan›lan mikrosatellitler ise, genomda da¤›lm›fl olarak bulunan 2-6 baz çiftinin de¤iflken say›da tekrar›n› ifade etmektedir. Bireyler aras› de¤iflen tekrar say›lar›ndan yararlan›larak örnekler aras› polimorfizm PCR yard›m›yla ortaya konulabilmektedir. SNP’ler ise genom üzerinde belirli bölgelerde bireyler aras›ndaki tek bazl›k farkl›l›¤a dayanan (A,T, G ya da C) polimorfizm türüdür. Ayr›ca birçok alanda yayg›n olarak kullan›lan DNA dizi analizi de önemli bir tekniktir. Çeflitli teknikler önerilmekle beraber, son y›llarda en çok kullan›lan› Sanger ve arkadafllar›n›n dizi sonlanma reaksiyonudur. Bu teknikte PCR ifllemi s›ras›nda, normal deoksi nükleotidlere ek olarak dideoksi nükleotidler de kullan›lmaktad›r ve bu nükleotidler raslant›sal olarak diziye eklendi¤inde, serbest OH bölgesi olmad›¤› için, dizi sonlanmaktad›r. Bu flekilde yüzlerce farkl› uzunlukta PCR ürünleri oluflmakta, alt alta okunduklar›nda da istenilen bölgenin DNA dizilimi elde edilebilmektedir.

Polimeraz Zincir Reaksiyonu’nun (PCR) tan›m›n› yapabilmek ve aflamalar›n› aç›klamak. PCR genom üzerinde seçilen bir DNA bölgesinin in-vitro olarak ço¤alt›lmas› demektir. PCR ile çok az miktarlardaki DNA molekülü, k›sa bir süre içinde yüksek miktarlara ç›kart›lmaktad›r. PCR için gerekli olanlar; kal›p DNA, ileri ve geri yönlü bir çift primer, ›s›ya dayan›kl› DNA polimeraz enzimi, serbest nükleotidler ve termal döngü cihaz›d›r. PCR, kal›p DNA’n›n karfl›l›kl› zincirleri aras›ndaki hidrojen ba¤lar›n›n k›r›lmas›n› sa¤layan denatürasyon; primerlerin kal›p DNA üzerindeki komplementer dizilerine ba¤lanmas› sa¤layan ba¤lanma; polimeraz enziminin yeni bir DNA senezlemesini kapsayan uzama aflamalar›ndan oluflmaktad›r. Bu aflamalar›n arka arkaya olmas› bir döngü ad›n› almaktad›r. PCR ürünleri genellikle jel elektroforezi yoluyla görüntülenmektedir. Jel elektroforezi, DNA, RNA ve protein gibi biyolojik makromoleküllerin, elektriksel bir alanda, kat› bir ortamda molekül a¤›rl›klar› ve sahip olduklar› elektrik yüküne göre göç etmeleri prensibine dayanmaktad›r. PCR’a dayanan baz› temel moleküler teknikleri aç›klamak. PCR’›n yayg›n bir flekilde kullan›lmaya bafllamas›n›n ard›ndan PCR’a dayanan ve hayvanc›l›k çal›flmalar›nda belirteç olarak kullan›lan yeni teknikler gelifltirilmifltir. Bu tekniklerin en s›k kullan›lanlar› RFLP, AFLP, RAPD, Mikrosatellit ve SNP’lerdir. Bu tekniklerin ortak özelli¤i polimorfizme dayanmalar›d›r. PCR-RFLP tekni¤i istenilen bölgenin PCR’›n›n ard›ndan restriksiyon endonükleaz enzimleri kullan›larak DNA’n›n parçalara ayr›lmas› prensibine dayanmaktad›r. Enzimin tan›d›¤› ve kesim yapt›¤› bölgedeki baz farkl›l›klar›na göre de kesilip kesilmemeye ba¤l› olarak farkl› uzunlukta DNA parçalar› elde edilmektedir. AFLP tekni¤i, DNA’n›n restriksiyon enzimleriyle kesilmesi; kesilen uçlara özgül dizilerin eklenmesi; bu parçalar›n PCR ile ço¤alt›lmas› ve ço¤alt›lan parçalar›n görüntülenmesine dayanmaktad›r. RAPD tekni¤i, yaklafl›k 10 nükleotid uzunlu¤unda çok say›da primer kullan›larak genom üzerinde rastgele bölgelerin PCR yoluyla

N A M A Ç

3

Veteriner Genetikte moleküler tekniklerin kullan›m alanlar›n› yorumlamak. Veteriner genetik alan›nda moleküler teknikler giderek daha fazla kullan›m alan› bulmaya bafllam›flt›r. Belirteç Yard›mc›l› Seleksiyon (Marker Assisted Selection, MAS), rekombinant DNA teknolojisi, transgenik hayvan üretimi, kal›tsal hastal›klar›n mekanizmalar›n›n belirlenmesi ve taranmas›, filogenetik çal›flmalar ve adli olay çal›flmalar› bunlar›n bafll›calar›d›r. Çevre etkisinin genotipik varyasyon üzerinde büyük pay› oldu¤u karakterlerde yani kal›t›m derecesi düflük karakterlerde fenotipe bakarak seleksiyon yapmak hem hatal› hem de zor olmaktad›r. Böyle durumlarda, moleküler genetik ile fenotipik verilere dayanan seleksiyonun, di¤er bir deyiflle belirteç yard›mc›l› seleksiyonun beraber kullan›lmas›, etkinli¤i ve do¤rulu¤u artt›rmaktad›r. Belirteç Yard›mc›l› Seleksiyon’da, DNA belirteçleri kantitatif karakterleri kodlayan genlerin yer ald›¤› kromozom bölgelerini iflaret etmektedirler. Bu kromozomal böl-

10. Ünite - Moleküler Genetik Tekniklerin Kullan›m›

gelere Kantitatif Karakter Lokuslar› (K.K.L; Quantitative Trait Loci, QTL) ad› verilmektedir. Çiftlik hayvanlar›nda belirteçler yard›m›yla belirlenmifl birçok QTL bulunmaktad›r. Söz konusu karakterlerde klasik ›slah programlar›yla çok uzun süreçler sonucunda elde edilebilecek genetik ilerlemenin, belirteçlerin ya da aday genlerin kullan›m› ile bir veya birkaç nesilde elde edilmesi mümkün olmaktad›r. Rekombinant DNA (rDNA), teknolojisi bir organizmadan di¤erine genetik materyal aktar›m›n› kapsayan, bir dizi ifllemler bütünüdür. Rekombinant DNA aktar›m› sonucu üretilen proteine rekombinant protein, aktar›m›n yap›ld›¤› organizmaya ise transgenik organizma ad› verilmektedir. Transgenik çiftlik hayvanlar›n›n kullan›m amac› ise model olmalar›n›n yan› s›ra çok miktarda süt üretebilmeleri ve böylece süt üretimi s›ras›nda çok miktarda da rekombinant protein üretmeleri gibi verim özellikleridir. Bu amaçla kullan›lan hayvanlara biyoreaktör hayvanlar ad› verilmektedir. Filogenetik çal›flmalar, türler aras›ndaki iliflkileri, ›rklar›n tarihini ve genetik çeflitlili¤i inceleyen çal›flmalard›r ve populasyonlar aras›ndaki fenotipik ve genetik farkl›l›klar›n belirlenmesine dayanmaktad›rlar. Kal›tsal hastal›klar sonraki nesillere kal›t›m yoluyla geçen hastal›klard›r. Özellikle ekonomik de¤eri olan hayvanlarda, homozigot ya da heterozigot, her iki durumda da belirlenmesi ve ilgili mutasyonun eradike edilmesi gerekmektedir. Ayr›ca kal›tsal hastal›klar›n mekanizmalar›n›n ve alt›nda yatan gen bozuklu¤unun belirlenmesi, benzer hastal›klar›n insanlarda da olmas› nedeniyle, ayr› bir öneme de sahiptir. Son y›llarda hayvanlarla ilgili adli olaylarda da moleküler teknikler kullan›lmaya bafllam›flt›r. Örne¤in bir kan damlas›n›n hangi türe ait oldu¤u veya bir et ya da k›l örne¤inin hangi bireye ait oldu¤u kolayl›kla belirlenebilmektedir. Bu testlerin temelinde yine polimorfizm yatmaktad›r.

177

178

Temel Veteriner Genetik

Kendimizi S›nayal›m 1. PCR ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi do¤rudur? a. PCRda çok az miktardaki DNA molekülü kullan›lamaz. b. DNA dizilerinin in-vitro olarak ço¤alt›lmas›d›r. c. PCR sadece tüm genomu yükseltgeyebilir. d. DNA dizilerinin in-vivo olarak ço¤alt›lmas›d›r. e. PCR genetik mühendisli¤inde s›k kullan›l›rken, adli olaylarda kullan›lamamaktad›r. 2. PCR aflamalar› afla¤›dakilerden hangisinde s›ras›yla ve do¤ru olarak verilmifltir? a. Uzama- ba¤lanma - denatürasyon b. Denatürasyon- ba¤lanma-uzama c. Yükseltgenme-ba¤lanma-denatürasyon- uzama d. Ba¤lanma- denatürasyon- Uzama e. Yükseltgenme- denatürasyon- ba¤lanma-uzama 3. Afla¤›dakilerden hangisi PCR’›n aflamalar›ndan biri olan denatürasyonu tan›mlar? a. Karfl›l›kl› zincirler aras›ndaki hidrojen ba¤lar›n›n kurulmas›d›r. b. Primerlerin kal›p DNA üzerindeki komplementer dizilerine ba¤lanmas›d›r. c. Kal›p DNA’n›n birkaç dakika süresince 90 oC’de tutularak zincirlerin birbirinden ayr›lmas›d›r. d. Is›ya dirençli polimeraz enziminin primerlerin 3’ ucundan bafllayarak yeni bir DNA sentezlenmesidir. e. Yeni DNA’n›n sadece sadece 5’-3’ yönünde uzamas›d›r. 4. Jel elektroforezi ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi do¤rudur? a. PCR ürünleri genellikle jel elektroforezi yoluyla görüntülenmektedir. b. Jel elektroforezi, protein gibi biyolojik makromoleküller için kullan›lamamaktad›r. c. Jel elektroforezi elektriksel bir alanda, s›v› bir ortamda molekül a¤›rl›klar›na göre göç etmeleri prensibine dayanmaktad›r. d. Moleküllerin yük ve a¤›rl›klar›na göre katettikleri mesafe de¤iflmemektedir. e. Düflük a¤›rl›kl› moleküller ya da az baz çifti içerenler küçük olduklar› için yavafl hareket etmektedirler.

5. Jel elektroforez iflleminde polimerizasyon aflamas›nda oluflan gözle görülemeyen gözeneklere ne ad verilir? a. Tampon b. Agaroz c. Poliakrilamid d. Por e. Anot 6. Afla¤›dakilerden hangisi belirteç olarak kullan›lan tekniklerden biri de¤ildir? a. AFLP b. RFLP c. SNP d. STR e. QTL 7. PCR ile yükseltgenen bölgenin restriksiyon enzimiyle kesilerek fragment boylar›n›n incelendi¤i polimorfizm tarama tekni¤ine ne ad verilir? a. AFLP b. RFLP c. SNP d. STR e. QTL 8. Sanger ve arkadafllar› taraf›ndan gelifltirilen dideoksi dizi sonland›rma metodunun temel prensibi afla¤›dakilerden hangisidir? a. Normal dNTP’lere ek olarak 3’-hidroksil (OH-) grubu olmayan dideoksinükleotidlerin de kullan›lmas› b. Polimeraz enziminin yard›m›yla DNA moleküllerinin 3’→5’ yönünde uzat›lmas› c. Baz› nükleotit bölgelerinde fleker-fosfat iskeletinde k›r›lmalar oluflturulmas› d. Nükleotit dizisi saptanacak olan DNA’n›n her iki ucunun radyoaktif bir madde ile iflaretlenmesi e. Elektroforezde en h›zl› giden band›n en büyük DNA fragmenti olmas›

10. Ünite - Moleküler Genetik Tekniklerin Kullan›m›

179

Okuma Parças› 9. Afla¤›dakilerden hangisi belirteç yard›mc›l› seleksiyonun kullan›m amaçlar›ndan biridir? a. Kal›t›m derecesi düflük olan karakterlerde seleksiyonun sa¤lanmas› b. Verim düzeyinin belirlenmesi pahal› olan karakterlerde seleksiyonun sa¤lanmas› c. Sadece ileri yafllarda ölçümü yap›labilen karakterlerde seleksiyonun sa¤lanmas› d. Ölçümü güç olan karakterlerde karakterlerde seleksiyonun sa¤lanmas› e. Çevre etkisinin genotipik varyasyon üzerinde küçük pay› oldu¤u karakterlerde seleksiyonun sa¤lanmas› 10. Transgenik hayvanlar ile ilgili afla¤›daki ifadelerden hangisi yanl›flt›r? a. Hayvanlardan rekombinant ürünler elde etmek için, farkl› bir genetik materyalin, aktar›lmas› sonucu transgenik hayvan oluflturulmaktad›r. b. Transgenik fareler, çeflitli insan hastal›klar›nda biyomedikal araflt›rmalar için kullan›labilirken ilaç denemeleri için kullan›lamamaktad›rlar. c. Süt üretimi s›ras›nda rekombinant protein de üreten hayvanlar biyoreaktör hayvanlard›r. d. Rekombinant protein eldesine yönelik transgenik hayvan üretiminde en s›k kullan›lan yöntem mikroenjeksiyondur. e. Mikroenjeksiyon yoluyla üretilen ve bilinen en meflhur transgenik hayvan Dolly’dir.

BACASIZ ‹LAÇ FABR‹KALARI, PROTE‹N ÜRETEN TRANSGEN‹K B‹YOREAKTÖR HAYVANLAR ... Transgenik Hayvanlar›n Sütünde Rekombinant Proteinlerin Üretimi Transgenik hayvanlar›n süt, idrar ve kan gibi vücut salg›lar›nda rekombinant proteinler üretilir. Bu proteinlerin üretimi için, dokuya özgü güçlü promotorlara ihtiyaç vard›r. Bunlardan baz›lar› koyun (lactoglobulin), fare, s›çan, tavflan ve keçi (whey asit protein, WAP), inek (s1 kazein), keçi (kazein), koyun, keçi ve inek (lactalbumin) gibi promotorlar’d›r (tetikleyici). Bu güçlü promotorlar, rekombinant proteinlerin sadece hedef dokularda (süt, kan ve idrar) sal›nmas›n› sa¤larlar. Hedef dokuya özgü bu tür düzenleyici DNA dizilerinin kullan›lmas›yla, herhangi bir genin ifadesi istenilen dokuda gerçeklefltirilebilir. Örne¤in, insan doku plazminojen aktivatörü, insan ürokinaz›, insan büyüme hormonu ve insan-1-antitripsin gibi ilaç yap›m›nda kullan›lan birçok protein, biyoreaktör farelerin meme bezinde üretilmifl bulunuyor. Transgenik biyoreaktörlerde salg›lanan rekombinant proteinler genellikle y›k›mlanmaya karfl› dayan›kl›lar ve çok miktarda elde edilebilirler. Bu bize flimdiye kadar insan materyalinden ya da yetersiz hücre kültürlerinden üretilen proteinleri s›n›rs›z miktarda üretme olana¤›n› sa¤l›yor. Transgenik hayvanlar›n vücut s›v›lar›ndan elde edilen rekombinant proteinler insan plazmas›ndan elde edilenlerinden çok daha saf ve insan enfeksiyon ajanlar›n› bar›nd›rm›yorlar (hepatit B ve C, HIV ve AIDS). Saflaflt›rma aflamas›nda viral inaktivasyon (virüsler arac›l›¤›yla etkisizlefltirme) yap›lmas›, transgenik hayvanlar›n özel, hastal›k yap›c› etkenlerden ar›nd›r›lm›fl flartlarda bar›nd›r›lmas› ve üretim standartlar›na uyulmas›yla rekombinant proteinler çok saf ve temiz olarak elde edilebilmekte ve böylece ürün kaliteleri yükseltilebilmektedir. ‹nsan plazmas›nda sadece eser miktarda bulunan proteinler, transgenik biyoreaktörlerde normal düzeylerinin 100-500 kat› oran›nda üretilebiliyor. Al›nan sonuçlar, insan Faktör VIII (kan›n p›ht›laflmas›n› sa¤layan mekanizmada rol oynayan proteinlerden biri) gibi üretilmesi çok zor olan proteinlerin bile transgenik biyoreaktörlerin meme bezinde sentezlenebilece¤ini göstermifl durumda. ... Ba¤›fl, H. (2007) Bacas›z ilaç fabrikalar›, protein üreten transgenik biyoreaktör hayvanlar. Bilim ve Teknik Dergisi, May›s: 70-71

180

Temel Veteriner Genetik

Kendimizi S›nayal›m Yan›t Anahtar›

S›ra Sizde Yan›t Anahtar›

1. b

S›ra Sizde 1 PCR, kal›p DNA’n›n karfl›l›kl› zincirleri aras›ndaki hidrojen ba¤lar›n›n k›r›lmas›n› sa¤layan denatürasyon; primerlerin kal›p DNA üzerindeki komplementer dizilerine ba¤lanmas› sa¤layan ba¤lanma; polimeraz enziminin yeni bir DNA senezlemesini kapsayan uzama aflamalar›ndan oluflmaktad›r. PCR için gerekli olanlar; kal›p DNA, ileri ve geri yönlü bir çift primer, ›s›ya dayan›kl› DNA polimeraz enzimi, serbest nükleotidler ve termal döngü cihaz›d›r.

2. b 3. c 4. a 5. d 6. e 7. b 8. a 9. e

10. b

Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Temel Moleküler Teknikler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Temel Moleküler Teknikler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Temel Moleküler Teknikler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Temel Moleküler Teknikler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Temel Moleküler Teknikler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Temel Moleküler Teknikler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Temel Moleküler Teknikler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Temel Moleküler Teknikler” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Belirteç Yard›mc›l› Selesksiyon ve Çiftlik Hayvanlar›nda Kullan›mlar›” konusunu yeniden gözden geçiriniz. Yan›t›n›z yanl›fl ise, “Rekombinant DNA Teknolojisi ve Transgenik Hayvanlar” konusunu yeniden gözden geçiriniz.

S›ra Sizde 2 Jel elektroforezi akrilamid ve agaroz gibi polimerize olabilen kimyasallara dayanan bir tekniktir. Polimerizasyonda ise oluflan porlar, kullan›lan kimyasal›n yo¤unlu¤una göre de¤iflmektedir. Örne¤in agaroz jel elektroforezinde düflük yo¤unlukta bir jel haz›rlanm›flsa (%0.6-1) porlar genifl olaca¤›ndan büyük DNA molekülleri kolayl›kla geçebilirken (genomik DNA vb. gibi) ; yüksek yo¤unlukta haz›rland›¤›nda (%2-4) küçük DNA molekülleri (PCR ürünleri) kolayl›kla geçerken büyük moleküller geçemez. S›ra Sizde 3 Moleküler belirteç amac›yla kullan›lan AFLP, RAPD, RFLP, mikrosatellit ve SNP analizleri türler ya da bireyler aras›ndaki polimorfizme dayanmaktad›r. Polimorfizm aç›s›ndan en bilgi verici olan› ise tek bazl›k farkl›l›klar› ifade eden tekli nükleotid polimorfizmidir. S›ra Sizde 4 Çiftlik hayvanlar›n›n üretim sistemlerinde klasik seleksiyon sistemlerinin ayr› bir yeri vard›r. Görebilece¤iniz tüm ›rklar uzun y›llar süren ve dikkatli gözlemlere dayanan özel seleksiyon sistemlerinin sonucunda ortaya ç›km›flt›r. Ancak moleküler tekniklerin geliflmesiyle beraber hayvan geneti¤i ile ilgili çal›flmalar ve teknikler ›slah çal›flmalar›nda da önemli ilerlemelere neden olmufltur. Bunun en önemli örne¤i belirteç yard›mc›l› seleksiyondur. Mikrosatellit, RFLP gibi belirteçlerin kullan›ld›¤› bu seleksiyonun k›sa sürede genetik ilerleme sa¤lamas›, istenilen karakterler kadar istenilmeyen karakterlerin de ayr›m› gibi avantajlar›n›n yan› s›ra maliyeti artt›rmas›, özel uzmanl›k ve deneyim gerektirmesi, çok say›da hayvan bilgisine ihtiyaç duyulmas› gibi olumsuz yönleri de bulunmaktad›r.

10. Ünite - Moleküler Genetik Tekniklerin Kullan›m›

181

Yararlan›lan Kaynaklar ABD kanatl› genom projesi. Eriflim adresi: www.poultry.mph.msu.edu. Eriflim tarihi: 04.05.2011 Affymetrix, Genome-Wide Human SNP Array 6.0 Teknik Notu. Eriflim adresi: http://media.affymetrix.com/support/technical/datasheets/genomewide_snp6_datasheet.pdf. Eriflim tarihi: 14.05.2011. Ba¤›fl, H. (2007). Bacas›z ilaç fabrikalar›, protein üreten transgenik biyoreaktör hayvanlar. Bilim ve Teknik Dergisi, May›s: 70-71. Clark, A.J. (Ed) (1998). Animal Breeding Technology for the 21st Century. Amsterdam, Netherlands: Overseas Publishers Association. Clark, D. (2005). Moleculer Biology-Understanding the Genetic Revolution, London, UK: Elsevier Academic Press. Dekkers, J.C.M. (2004). Commercial Application of marker and gene assisted selection in livestock:strategies and lessons. J.Anim Sci Esuppl:E313-328. Domuz QTL veritaban›. Eriflim adresi: http://www.animalgenome.org/cgi-bin/QTLdb/pig.html. Eriflim tarihi: 04.05.2011 Freeman, S., Herron, J. (2007). Evolutionary Analysis, 4. Ed.; USA: Pearson Education. Freking, B. A., Murphy, S. K., Wylie, A. A., Rhodes, S. J., Keele, J. W., Leymaster, K. A., Jirtle, R. L., Smith, T. P.L. (2002). Identification of the Single Base Change Causing the Callipyge Muscle Hypertrophy Phenotype, the Only Known Example of Polar Overdominance in Mammals Vol. 12, Issue 10, 1496-1506 Glick B. R., Pasternak J. J., Patten C. L. (2010). Molecular biotechnology: principles and applications of recombinant DNA-4th ed, Washington, USA: American Society for Microbiology. Klug, W. S., Cummings, M. R. (2009). Genetik Kavramlar, Çev. Cihan Öner, Ankara: Palme Yay›nc›l›k. Korstanje, R., Paigen, B. (2002). From QTL to gene: the harvest begins. Nature Genetics 31: 235 - 236 Lüleyap, H. Ü. (2008). Moleküler Geneti¤in Esaslar›. Adana: Nobel Kitabevi. Nicholas, F.W. (2003). Introduction to Veterinary Genetics, Oxford UK: Blackwell Publishing. Reece, R. J. (2004). Analysis of genes & genomes. (Chapter 9). West Sussex, England: John Wiley & Sons Ltd.

S›¤›r genom veritaban›. Eriflim adresi: www.bovinegenome.org. Eriflim tarihi: 06.05.2011 Türk Dil Kurumu. Büyük sözlük. Eriflim:http://tdkterim.gov.tr/bts/ Eriflim tarihi: 05.05.2011. Uluslararas› Hayvan Genom Araflt›rma Program›. Eriflim adresi: http://www.animalgenome.org/QTLdb/ Eriflim tarihi: 04.09.2008.

Sözlük

183

Sözlük A

F

Anot: Art› (+) yüklü iletken uç.

Fenotip: Bir canl›n›n hem genetik (genotip) hem de d›fl et-

Asidik: Tepkimelerde H+ iyonu verebilen moleküllerdir. Asi-

kenlerin etkisiyle (çevre) ortaya ç›kan yap›sal, geliflim-

dik s›v›lar›n pH’s› 7’den düflüktür.

sel, biyokimyasal ve fizyolojik özelliklerinin tümüdür. Yine genotipte oldu¤u tek bir karakter aç›s›ndan fenotip

B

olarak ifade edilir.

Baz: Nükleik asitlerin (DNA ya da RNA) yap›s›nda yer alan

Fertilizasyon: Erkek ve difli gametlerin bir araya gelmesi.

azotlu bilefliklerdir. Bunlardan adenin ve guanin çift hal-

Flow cytometry: Hücre ve kromozom gibi mikroskobik par-

kal› olan pürinler s›n›f›nda; sitozin, timin ve urasil ise

çac›klar›n tan›mlanmas› ve say›lmas› amac›yla kullan›lan

tek halkali olan pirimidinler s›n›f›nda yer almaktad›r.

laser ve elektirik donan›ml› bir alet.

Belirteç (marker): Genom üzerindeki yeri ve ifllevi bilinen, ancak baflka bir bölgenin belirlenmesi ya da tür, ›rk veya

G

birey ayr›mlar›n›n yap›lmas›nda kullan›lan DNA bölgele-

Gen: Kal›t›m›n temel birimidir. Kal›t›m materyallerinde depo-

ridir. Belirteçler özellikle gen haritalar›nda, birey ayr›m›n-

lanan bilgi gen ad› verilen birimlerce düzenlenir. Sonra-

da ya da populasyon çal›flmalar›nda kullan›lmaktad›r.

ki bölümlerde genin fonksiyon ve anatomik yap›s› hak-

Biyomedikal: T›pta tan› ve tedavi amac›yla araç ve gereçlerin üretimi, tasar›m› ve iletiflimi ile ilgilenen mühendislik

k›nda daha detayl› bilgiler bulabilirsiniz. Genom: Canl›lar›n en temel birimi olan hücredeki özellikle-

dal›.

rin ortaya ç›kar›lmas›nda kullan›lan genetik bilginin hepsine genom ad› verilir.

C

Genotip: Bir canl›ya ebeveynlerinden aktar›lan kal›t›m materyalindeki genleri ifade etmektedir ve belirli bir karak-

Cryptorchidism: Testis torbas›nda testislerin tek veya çift ta-

ter yönünden genotip olarak ifade edilir.

rafl› olarak bulunmamas› durumudur.

Gonozom: Cinsiyetle ilgili X ve Y kromozomlar›

D Dimer: ‹ki molekülün birbirine ba¤lanarak daha büyük bir makromolekül oluflturmas›d›r.

H Hemizigoziti: Bir genin allellinin bulunmamas› durumudur.

Diploit: bir türe özgü iki tam haploit kromozom setine sahip

Memelilerde X kromozomu üzerindeki bir genin Y kro-

olma durumudur.

mozomunda, kanatl›larda ise Z kromozomunda bulu-

DNA: Fosfat, fleker ve bazlardan oluflan ve Deoksiribonükle-

nan bir allelin W kromozomunda bulunmamas› gibi

ik asit’in k›saltmas› olan DNA, canl›n›n tüm genetik tali-

Hemolitik sar›l›k: Farkl› kan gruplar›na sahip olan tay ve

matlar›n› tafl›maktad›r. Tüm organizmalar ve baz› virüs-

yavruda anne kan›nda oluflan antikorun tay taraf›ndan

ler için kal›t›m materyalidir.

anne sütü ile al›nmas› ve yavruda bulunan karfl› antijen-

Don: Hayvanlarda k›l ve derinin rengini ifade etmek amac›y-

ler ile reaksiyona girip sar›l›k oluflturmas›d›r. Baz› du-

la kullan›lan terim.

rumlarda ölüm görülebilir. Hermafrodit: Hem erkek hem de difli organ› üzerinde bu-

E

lunduran canl› anlam›na gelmektedir.

Eksonükleaz: DNA moleküllerini 5’-3’ ya da 3’-5’ yönünde

Hidrofobik: Kimyasal yap›s› nedeniyle suda çözünmeyen ve

hidrolize eden enzim.

kendisi gibi moleküllerle hidrofobik etkileflimler saye-

Ekstrasellüler: Hücre d›fl› Embriyo: Yumurta ve sperm hücrelerinin birleflmesiyle olu-

sinde bir arada kalabilen moleküle verilen isimdir. Homolog kromozom: diploit bir organizmada morfolojik

flan zigotun bölünmeler geçirmeye bafllamas›yla eriflti¤i geliflim basama¤›d›r. Epigenetik: Genomda kodlanan genetik bilginin d›fl faktör-

olarak birbirinin ayn› olan kromozomlara denir.

‹

lerle Fenotipe farkl› yans›mas›. Örne¤in gende çeflitli

‹n-vitro: Canl›larla ilgili biyokimyasal ifllemlerin canl› üzerin-

bölgelere metil (CH3) eklenerek ifade edilmesinin en-

de de¤il de yapay ortamda, örne¤in petri kab›nda, de-

gellenmesi.

ney tüplerinde yap›lmas›.

Eradikasyon: Bir hastal›¤›n ortadan kald›r›lmas›, yok edilmesi.

184

Temel Veteriner Genetik

‹nfertil: Üreme yetene¤i zay›f, döl verme yetisini kaybetmifl

Monohibrit çaprazlama: ‹ki farkl› gametin, tek bir kal›tsal

birey.

karakter yönünden birbiriyle çaprazlanma olay›na veri-

‹yonize edici radyasyon: Temas etti¤i molekülün atomlar›ndan elektron koparmaya yetecek kadar yüksek enerjiye

len isimdir. Morfogenez: Bir canl›n›n geliflmesi s›ras›nda büyüme ve hüc-

sahip radyasyon. ‹zotip: Fenotipik olarak birbiriyle ayn› özellikleri tafl›yan, birbirine t›pat›p benzeyen fertlere izotip fertler denilmekte-

re farkl›laflmas› ile özel fleklini almas› olay› Mutagenezis: Mutasyon oluflumu. Mutant: DNA’s›nda normal d›fl› de¤iflikilik olan, mutasyona

dir. “Efltiplilik” olarak da ifade edilmektedir.

u¤rayan.

K

N

Kan grubu faktörü: antijenik belirleyiciye denir.

Nicel karakter: Boy, a¤›rl›k, verim özellikleri gibi populas-

Karyotipleme: Bir hücredeki kromozomlar›n, homolog eflle-

yondaki bireyler aras›nda oldukça farkl› de¤erler alabi-

riyle yan yana getirilerek belli bir düzene göre s›ralan-

len ve ölçümlerle anlafl›labilen karakterler nicel karak-

mas›d›r.

terlerdir.

Kastrasyon: Erkek hayvan›n cinsiyet organ›n ameliyat ile al›-

Nitel karakter: Renk, flekil gibi daha çok gözle görülebilir

n›p k›s›r hale getirilmesi; istenmeyen tozlaflmay› engelle-

olan ve populasyondaki bireyler aras›nda çok farkl› s›-

mek amac›yla, baflç›klar›n veya erkek organlar›n; çiçek

n›flar oluflturmayan özellikler nitel karakter olarak ad-

tozu-polen saçacak duruma gelmeden önce yani olgunlu¤a eriflmeden önce çeflitli yöntemler kullan›larak kesi-

land›r›l›r Nükleotid: Befl karbonlu fleker (pentoz), bir fosfat ve bir azot-

lip uzaklaflt›r›lmas›d›r. Katod: Eksi (-) yüklü iletken uç. Kendileflme: Ayn› bitkinin erkek ve difli organlar› aras›nda

lu organik bazdan oluflan bir bilefliktir.

O

meydana gelen tozlaflmaya kendileflme ad› verilmekte-

Okazaki parçalar›: DNA’n›n kesintili ipli¤ini oluflturmak üze-

dir. “Kendileflme” sonucu, ebeveyne çok büyük oranda

re birbirine ba¤lanan k›sa yeni sentenlezmifl DNA parça-

benzeyen saf döller meydana gelmektedir.

lar›.

K›srak: Difli at.

Oligonükleotit: K›sa bir polinükleotit zinciri oluflturmak için bir araya gelmifl birkaç nükleotitten oluflan DNA dizisi.

Klonlama: Yetiflkin bir canl›dan al›nan hücre çekirde¤inin, hücre çekirde¤i ç›kar›lm›fl bir embriyo hücresine aktar›l-

Ondülasyon: Bir k›lda görülen k›vr›m say›s› (k›vr›m say›s›/k›l uzunlu¤u)

mas›yla verici canl›n›n kopyalanmas› ifllemidir. Kolloidal: Bak›ld›¤›nda veya mikroskopla incelendi¤inde ho-

Oto sexing: Otomatik olarak cinsiyetin belirlenmesi. Z kro-

mojen görünen ancak bekletildi¤inde kendini oluflturan

mozomu üzerinde tafl›nan renk gibi baz› özelliklerden

fazlara ayr›lan s›v›lard›r. Kan örnek olarak verilebilir.

yararlanarak cinsiyetin belirlenmesi olay›d›r.

Komplementer dizi: Bir DNA iplikçi¤inin bazlar› karfl›s›na hidrojen ba¤lar› kurularak sentezlenen ya da eklenen

P

özgül dizidir.

Paternal: Baba kaynakl›, babadan gelen.

Kromozom: Canl›larda kal›t›m› sa¤layan ve genleri tafl›yan moleküler yap›lar.

Piperidin: Proteinlerin y›k›mlanmas› sonucu oluflan amin bilefli¤idir ve DNA’da k›r›lmalara yol açar. Plazma membran›: Hücre membran›.

M

Polimeraz Zincir Reaksiyonu: Kal›p DNA’da istenilen bir

Maternal: Anne kaynakl›, anneden geçen.

bölgenin baz› kimyasallar ve özel s›cakl›k koflullar› alt›n-

Matriks: Mitokondri içerisindeki plazmaya verilen add›r.

da laboratuar ortam›nda ço¤alt›lmas› ifllemidir. Sonraki

Melezleme: Ayn› tür içerisinde, farkl› karakter özelliklerine sahip bireyler aras›nda yap›lan birlefltirmelere melezleme denir.

bölümlerde detayl› bilgi bulabilirsiniz. Polimerizasyon: Küçük moleküllerin birleflerek, genellikle büyük molekül a¤›rl›kta bir bileflik oluflturmas› ifllemi.

Metabolizma: Canl› organizmada veya canl› hücrelerde hare-

Popülasyon: Belli bir bölgede yaflayan ayn› türe ait bireyle-

keti, enerjiyi sa¤lamak için oluflan, biyolojik ve kimyasal

rin tümü. Her türlü canl› varl›¤›n say›sal olarak yo¤unlu-

de¤iflimlerin bütünü.

¤u ve da¤›l›m›.

Mismatch: Bazlar aras›ndaki yanl›fl eflleflme

Sözlük Prob: 20-100 nükleotid uzunlu¤undaki DNA parçalar›d›r. Genellikle floresan boyalarla iflaretlenerek bir reaksiyonun

Transkript: Transkripsiyon sonucu oluflan yeni ürün Translasyon: DNA’ dan RNA sentezlenmesi olan transkripsiyon basama¤›ndan sonra gerçekleflen ve RNA’daki bilgi-

oluflumunu kontrol için kullan›l›rlar. Pronükleus (pronüklei): döllenme aflamas›nda sperm yu-

185

ye göre protein sentezlenmesi basama¤›.

murta içine girdikten sonra ancak sperm ve yumurtan›n

Ü

sahip oldu¤u çekirde¤e verilen isimdir.

Üre döngüsü: Amonya¤›n, karaci¤erde daha az toksik bir madde olan üreye çevrilerek kan yoluyla böbre¤e gön-

Protoplazma: Hücre içerisindeki sitoplazma ve organellerin

derilmesidir. Böbrekten de idrar yoluyla vücuttan at›lma-

tamam›.

s› sa¤lan›r.

R Radyoaktif: Çekirdek bozunmas› yoluyla radyasyon ›fl›n› saçan madde.

V Varyasyon: Ayn› türdeki canl›lar aras›nda gözlenen genetik

Rekombinant DNA: Do¤ada kendili¤inden oluflmas› müm-

nedenli farkl›l›¤a varyasyon ad› verilir. E¤er farkl›l›k çev-

kün olmayan, ço¤unlukla farkl› biyolojik türlere ait DNA

re etkisinden kaynaklan›yorsa modifikasyon (paravar-

moleküllerinin, genetik mühendislik teknolojisiyle kesilip yeni birleflimler sonucu elde edilen DNA molekülüne verilen isimdir. Replikasyon: ‹ki polinükleotitten oluflan heliksin replikasyon enzimleri yard›m›yla aç›larak DNA’n›n kendini yar› korunumlu olarak efllemesi ifllemi, di¤er bir deyiflle DNA’n›n self duplikasyonu. Replikasyon çatal›: Atasal ipliklerinin birbirinden ayr›ld›¤› ve yeni iki ipli¤in sentezlenmeye baflland›¤› DNA bölgesidir. RNA: Ribonükleik asit’in k›saltmas›d›r. Baz› virüsler için kal›t›m materyali olmakla beraber bafll›ca görevi tüm canl›larda DNA’dan protein üretimidir.

S Sendrom: Bir hastal›¤› karakterize eden, birbirleriyle iliflkisiz gibi görünen, ayn› anda ortaya ç›karak tek bir olgu olarak kendilerini gösteren belirtiler bütünü. Servis periyodu: Servis periyodu bir ine¤in do¤um yapt›ktan sonra bafllay›p gebe kal›ncaya kadarki geçen süredir. Sfingomiyelin: Hayvansal hücre membran›nn ana bileflenlerinden biridir. Sinapsis: Hücre bölünmeleri s›ras›nda bafllang›çta kromozomlar›n karfl› karfl›ya gelip birleflmeleri

T Tampon: Asit ve bazlar›n bir araya gelerek oluflturduklar› tuzdan oluflan, pH de¤iflmesine direnç gösteren özel pH de¤erine sahip bir sistem veya çözelti, buffer. Tautomerler: Birbirine dönüflebilen, keto ve enol adl› benzer yap›lard›r. ‹ki yap›n›n birbirine göre fark› yaln›zca karbonlar aras› çift ba¤›n ve alfa hidrojeninin yerinden kaynaklanmaktad›r. Transformasyon: Bir karakteri belirleyen kal›tsal bilginin aktar›m›yla yeni generasyonlarda bu karakter özelliklerinin görülmesi.

yasyon) ad›n› al›r. Viskozite: S›v›lar›n ak›nt›ya karfl› gösterdikleri direnç.