Nicel Genetik ve Çok Etmenli Karakterler

Giriş

2

Şimdiye kadar tartışılan fenotip özellikleri hep ayrı

ayrı gözlenebilen sınırları olan özelliklerdi – nitel

Ör: uzun/kısa bitki, A,B,O kan grubu vb gibi

Daha karmaşık özellikler bu kadar net

ayrılamayabilir ve hatta süreklilik gösterebilir.

Bunlar ölçülerek tanımlanır ve bu sebeple

sayısal/nicel/kantitatif kalıtım olarak adlandırılır

Ör: İnsanlarda boy, ineklerde süt üretimi

Kategorize etmek zordur.

Çoğunlukla iki ya da daha fazla gen tarafından kontroledilirler – poligenik/çoklu gen özellikleri

Durumu daha da karmaşıklaştıran bir başka unsur da bu

özelliklerin çevresel etmenlerden etkilendiğidir.

Bu sebeple çoğunlukla çok etmenli/kompleks özellikler

adıyla anılırlar.

Giriş

Süreklilik göstermeyen poligenik özellikler:

1. Meristik özellikler: Sadece tam sayılarla ifade edilebilirler

Ör: tohum sayısı, yumurta sayısı

Niceldir fakat ara değerlere sahip değildir – 2.3 yumurta olmaz

2. Eşik değer özellikler: Az sayıda belirli fenotipleri bulunur.

Ör: Çoğu hastalık bu şekilde görülür

• Tip II diyabet: Hasta veya sağlıklı olarak iki fenotip vardır.

• Fakat hastalığa yol açan tek bir gen yoktur.

• Hastalığa yatkınlıkları genetik bir birikimin sonucudur ve belirli bir eşik

geçilirse birey hasta olur

1. Her poligenik karakter süreklilik göstermez

2. Nicel özellikler Mendel kavramlarıyla

açıklanabilir

1900’lerde süreklilik gösteren özelliklerin Mendel

kavramlarıyla açıklanabilip açıklanamayacağı

büyük tartışmalara yol açmıştır

Çoklu gen hipotezi üretilmiştir: Her biri ayrı ayrı

Mendel ilkeleriyle uyumlu davranan pek çok gen,

bu özelliklere kümülatif veya hesaplanabilir bir

biçimde etki etmektedir

6

a

20. yüzyılın başlarında Herman Nilsson-Ehle, tarafından gerçekleştirilen

deneylere dayanmaktadır.

Deney setinde kırmızı ve beyaz taneli

buğdayları çaprazlamıştır.

F1 dölü ara renkli taneler – ilk bakışta eksik

baskınlığı çağrıştırmaktadır

F2’de bitkilerin yaklaşık 15/16’sı kırmızıtonları, 1/16’sı beyaz tanelidir.

F2 bireylerinde tane renklerinin kırmızının dört farklı tonuna ayrılabileceğigörülmektedir.

Ayrıca F2 oranları 16’lı olduğuna göre tane rengi iki alelli iki farklı gen tarafından kontrol ediliyor olmalıdır.

(Kaynak: Genetik Kavramlar,

Klug, Cummings & Reece)

7

2.1 Çoklu etmen (çoklu gen) hipotezi

Kırmızı Beyaz

Ara renk

Eklemeli alleller

Eklemeli alleller

Ara renklerKırmızı Beyaz

Eğer her genin bir aleli potansiyel eklemeli

bir alelse

Diğer alel de eklemeli değil ve kırmızı pigment üretmiyorsa…

P1’de her iki ebeveyn de homozigottur.

Kırmızı ebeveyn sadece eklemeli allelleriiçerirken, beyaz ebeveyn ise sadeceeklemeli olmayan allelleri içerir.

Eklemeli alleller baskın.

F2 neslinde her birey 4, 3, 2, 1 ve 0 eklemeli

alele sahiptir. 4 eklemeli alele sahip olan

(AABB) kırmızıdır.

(Kaynak: Genetik Kavramlar,

Klug, Cummings & Reece)

8

2.1 Çoklu etmen (çoklu gen) hipotezi

a

8

Kırmızı Beyaz

Ara renk

Eklemeli alleller

Eklemeli alleller

Ara renklerKırmızı Beyaz

1920-Edward M. East

Edward M. East, tütün bitkisinin iki soyu

arasında çaprazlama yapmıştır.

Farklı taç yaprak uzunluğuna sahip iki Nicotiana soyu arasında yaptığı çaprazlamalarda F1, F2 ve F3 soylarına ait

sonuçları kaydetmiştir.

Çaprazlama öncesinde A soyunun taç yaprak uzunluğu 37-43 mm arasında iken, B

soyununkiler ise 91-97 mm arasındadır.

F1 neslinde oluşan bireylerin taç yaprak

uzunlukları 61-67 mm arasında olmuştur.

F2 neslinde ise taç yaprak uzunlukları 52-82 mm arasında olmuştur.

9

1920-Edward M. East

F3 soyunda ise taç yaprak uzunlukları:

F3 (F2 x F2) (58 mm x 58 mm) = 43-64 mm

F3 (F2 x F2) (70 mm x 70 mm) = 61-76 mm

F3 (F2 x F2) (82 mm x 82 mm) = 64-88 mm

Taç yaprak uzunluğundaki çeşitlilik ilk bakışta sürekli gibi

görünmektedir.

Ancak üç bağımsız F3 çaprazında gözlendiği gibi, farklı

fenotipik sınıfların dağılımı ile sonuçlanmaktadır.

Bu bulgu, özelliklerin ifadesinde ortaya çıkan önemli

sapmaları açıklamak için ileri sürülen çoklu faktör

hipotezinin anahtarı niteliğindedir.

10

2.1 Çoklu etmen

(çoklu gen)

hipotezi

Daha fazla gen tarafından kontrol

edilen ve eklemeli alellere sahip

özellikler için daha fazla sayıda ara

fenotip olur.

Ne kadar çok nicel lokus dahil

olursa F2 neslindeki oranlar o kadar karmaşıklaşır

1 gen çifti

2 gen çifti

3 gen çifti

4 gen çifti

5 gen çifti

Eklemeli aleller: Sürekliliğin temeli

12

1. Sürekli çeşitlilik gösteren karakterler; ölçme, tartma, sayma vb şeklinde kantitatif olarak saptanabilir.

2. Genomda yer alan iki ya da daha fazla gen çifti, fenotip üzerine eklemeli

yolla katkıda bulunabilir. Bu tip kalıtıma genellikle poligenik (çok genli)

kalıtım denir.

3. Her bir gen lokusunda;

• Fenotip miktarını ayarlayan eklemeli aleller

• Fenotipe katkıda bulunmayan eklemeli olmayan aleller bulunur.

4. Her bir eklemeli alelin fenotip üzerindeki toplam etkisi, diğer gen

bölgelerindeki tüm eklemeli alellerin etkilerine hemen hemen eşittir.

5. Tek bir karakteri kontrol eden genlerin hepsi birlikte önemli oranda fenotipik

çeşitliliğin meydana gelmesinden sorumludur.

6. Poligenik özelliklerin analizi, bir organizma popülasyonunda çok

sayıda oğul dölün çalışılmasını gerektirir.

Çoklu gen (poligen) sayısınınhesaplanması

Herhangi bir fenotipin ortaya çıkmasından sorumlu gen sayısını

hesaplamak mümkündür.

Nilsson-Ehle’nin buğdaylarında F2 çaprazlaması sonucunda 9

farklı fenotip ortaya çıkmıştı.

Dikkat edilecek olursa bu 9 farklı fenotipten iki tanesi P1

kuşağındaki ebeveynlerin aynısıdır.

Bu bilginin ışığında, herhangi bir fenotipik karakterin ortaya

çıkmasından sorumlu gen sayısı (n) aşağıdaki formül ile hesaplanabilir.

1/4n = Uç fenotiplerden birine sahip F2 bireyi oranı

13

Çoklu gen (poligen) sayısınınhesaplanması

14

Nilsson-Ehles’in buğday taneleri ile yaptığı F2

çaprazlamasında atasal fenotipe sahip bireylerden

herhangi birinin (kırmızı veya beyaz) tüm bireylere oranı

1/16’dır.

Bu rakamı formülde yerine koyarsak;

1/4n = 1/16 n = 2

Bu örnekte, buğday tane renginin ortaya çıkmasından

sorumlu gen sayısı n = 2’dir.

Çoklu gen kontrolünün önemi

15

Poligenik kontrol, hayvan ıslahı ve ziraatte

birçok önemli kalıtsal özelliğin kalıtım şeklini

belirlediği için önemlidir.

Aşağıdaki fenotipik özelliklerin poligenik kontrol

altında olduğu düşünülmektedir:

Hayvanlarda boy uzunluğu, ağırlık ve fiziksel yapı

Ekinde tane verimi ve büyüklük

Sığırlarda et ve süt verimi

Tavuklarda yumurta verimi

İnsan genetiğinde poligenik kalıtım

16

Poligenik kalıtım insan genetiğinin de önemli birparçasıdır.

İnsanlarda;

Deri pigmentasyonu

Zeka

Şişmanlık

Bazı hastalıklara eğilim

poligenik kontrol

altındadır.

Poligenik özellikler istatistikselanalizlerle değerlendirilir

17

Poligenik özelliklerin analizi birçok çaprazlama

sonucu ortaya çıkan çok sayıdaki nesilden elde

edilen verilerin nicel ölçümlerinin yapılmasını

gerektirir.

Sonuçlar çoğunlukla çan eğrisi şeklinde bir

dağılım gösteren frekans eğrileri ile ifadeedilir.

Verilerin deneysel geçerliliğini ölçmek için genetikçiler istatistiksel teknikler kullanır.

18

İstatistiksel analizlerin üç amacı vardır:

1. Veriler, matematiksel olarak azaltılabilir.

2. Küçük fakat rastgele seçilen veriler, daha büyük

gruplar hakkındaki bilgilerin yorumlanması için

kullanılabilir.

3. İki ya da daha fazla sayıdaki deneyden eldeedilen veriler, farklı populasyonlar arasında

karşılaştırma yapmak için değerlendirilebilir.

Poligenik özellikler istatistikselanalizlerle değerlendirilir

19

Eğer bir nicel özellik için kullanılan örneklem yeterince büyükse ve örneklediği popülasyonu yansıtıyorsa veriler normal dağılım

gösterir – çan eğirsi

Normal dağılım gösteren özelliklerin analizinde kullanılan

kavramlar:

Ortalama

Varyans (değişkenlik)

Standart sapma

Ortalamanın standart hatası

Poligenik özellikler istatistikselanalizlerle değerlendirilir

Ortalama

Normal dağılım gösteren verilere ait ölçümler merkezi bir

değer etrafında toplanma eğilimindedir.

Bu toplanmaya merkezi eğilim denir.

Ölçümlerden elde edilen sonuçların, ölçüm sayısına bölünmesi

sonucu elde edilen değere de ortalama adı verilir = aritmetik ortalama

Şekilde iki farklı fenotipe ait dağılım

görülmektedir

20

Varyans (değişkenlik)

Ortalama, örneklem hakkında tanımlayıcı bilgi verir fakat

dağılım hakkında bilgi vermez

Varyans, ortalamanın her iki yanındaki dağılımı ve aralığı,

dağılım eğrisinin şeklini belirler.

Bu dağılım içindeki değerlerin ortalamadan ayrılma derecesinevaryans (s2) denir.

Varyans, büyük populasyonlardaki çeşitliliğin tahmin edilmesinde kullanılır.

Standart sapma

Varyans, kare ile ifade edilen bir değerdir ve birimi de karedir.

Ölçümlerin orijinal birimlerinin ortalama

etrafındaki çeşitliliğini ifade etmek için varyansın karekökünün hesaplanması gerekir.

Varyansın kareköküne standart sapma adı verilir.

22

Ortalamanın standart hatası

Aynı populasyondan çekilen diğer benzer

örneklerin ortalamalarının ne kadar değiştiğinitahmin etmek için ortalamanın standart hatası

kullanılır.

23

Genlerin fenotip üzerine etkisi

24

Genetik çeşitliliğin temelinde çevresel etkilerin payının daha az

olduğu düşünülür.

Fenotipin ortaya çıkışı genellikle genetik faktörlere bağlanır.

Bazı durumlarda çevre, populasyon içindeki fenotipik değişkenlik

üzerinde büyük bir etkiye sahiptir.

Bitki ve hayvan yetiştiricileri çevre ve genetik katkıyı bilmek ister ki buna göre çiftleştirme yapsınlar. Bunun için çeşitli yöntemler

kullanılır:

Sabit bir çevrede yetişmiş iki farklı arı döl (homozigotbireyler) arasındaki farklılıklar daha çok genetik faktörlerebağlanır.

Farklı çevre koşulları altında yetişmiş, aynı arı dölün üyeleri içindeki farklılıklar ise daha çok çevresel kaynaklıdır.

Genlerin fenotip üzerine etkisi

25

Popülasyondaki toplam fenotipik değişkenlik

VG: Genotipik değişkenlik

VE: Çevresel değişkenlik

VGXE: Çevre – Genotip etkileşim değişkeni

Çevrenin etkisi dikkate alınmak koşulu ile genotipin fenotipik

çeşitlilik üzerindeki etki oranının belirlenmesine yönelik aşağıdaki

tanımlar ortaya atılmıştır:

Geniş anlamlı kalıtılabilirlik

Dar anlamlı kalıtılabilirlik

Yapay seçilim

Geniş anlamlı kalıtılabilirlik

27

Geniş anlamlı kalıtılabilirlik indeksi (H2) toplam fenotipik çeşitlilğegenotipik çeşitliliğin katkısını ölçer.

Kalıtılabilirlik değeri 0 – 1 arasında değişir.

1’e yakın değerler, çevre koşullarının fenotipik değişkenlik üzerinde çok az etkisinin olduğu ve dolayısıyla bireyler arasındaki genotipik farkların baskın olduğuna işaret eder.

0’a yakın değerler de tam tersi

Bu indeks popülasyondaki her tip genetik çeşitliliği kapsar (eklemeli, baskın veya epistasiyi ayırt etmez)

Ayrıca VGXE ‘nin gözardı edilebileceğini varsayar

Genetik anlamda ilgi çekici olsa da hayvan ve bitki yetiştiricileri için daha kesin ölçütlere ihtiyaç vardır.

Dar anlamlı kalıtılabilirlik

28

Nicel özelliklerin seçiminde geniş anlamlı kalıtılabilirlik

tahminleri çok doğru sonuçlar vermez.

Bu nedenle bu özelliklerin seçiminde dar anlamlı kalıtılabilirlik (h2 ) üretilmiştir.

Fenotipik değişkenlikte sadece eklemeli genotip etkisini

dikkate alır.

VA: eklemeli değişkenlik

Sonuç olarak kalıtılabilirlik ölçütleri, nicel bir özellik

için, bitki ve hayvan popülasyonlarının yapay

seçilime nasıl cevap vereceğini tahmin etmek

için kullanılır!!!

Yapay seçilim

Heterojen birpopülasyondan, özel bir organizma grubunun ileriyeyönelik ıslah amacıyla seçilme işlemidir.

Mısır bitkisinin yapay seçilimi ABD’nin Devlet TarımLaboratuvarında 1896’dan beri devam etmektedir.

Dünyanın en uzun süren deneyi

29

M=orijinal populasyonM1=ebeveyn bireylerM2=yavru döl

Yapay seçilim

76 nesil sonra seçilim, giderek

yüksek yağ içeriğine ulaşmaktadır.

Şekilde kırmızı noktalarla gösterilen

değerler h2 değerleridir ve giderek

azalmaktadır

Her nesilde eklemeli aleller seçilerek

en yüksek düzeye gelinmektedir.

Sonunda tüm eklemeli aleller seçilmiş

olacak ve genetik etki tamamen

ortadan kalkacak h2 = 0

Ve yapay seçilime daha fazla cevap

alınmayacaktır

30

Yüksek yağ için seçilim

Düşük yağ için seçilim

İkizler:İnsanlarda kalıtılabilirliğin incelenmesi

Geleneksel kalıtım çalışmaları insanlarda

ahlaki nedenlerle mümkün değildir.

Ancak ikizler, çevre ve kalıtımın etkilerinin

çalışılması için oldukça uygundur.

32

Monozigotik ikizler

Özdeş ikizler olarak da bilinirler.

Döllenmeyi takiben tek bir yumurtanın bölünmesinden meydana gelirler.

Genotipik yapıları bakımından tamamen aynıdırlar.

33

Birbirlerinden ayrılıp farklı şartlarda büyütülmüş olan monozigotikikizlerde herhangi bir özellik için ortalama benzerlikler ve farklılıklar

araştırılabilir.

Farklı çevresel koşullar altında benzer kalan özellikler, güçlü genetikyapılardan kaynaklanmaktadır.

Genetik değişkenlik = 0 olduğundan gözlenen farklar çevresel faktörlere bağlı olacaktır.

Dizigotik ikizler

İki ayrı döllenme olayı sonucuna meydana gelen ikizlerdir.

Ayrı yumurta ikizleri olarak da bilinirler.

Dizigotik ikizler, genetik olarak genlerinin yarısını

(ortalama) paylaşan herhangi iki kardeşten daha

benzer değildir.

Bir özellik için mono ve dizigotik ikizler arasındaki

fenotipik değişkenlikten yararlanılarak geniş anlamlı

kalıtılabilirlik hesaplanabilir.

34

İkizlerle ilgili çalışmalar insanlarda kalıtılabilirliğin tahmin edilmesini sağlar.

Monozigotik ikizlerin genotipi

tamamen aynı mı?

36

Hayır

Embryonik gelişim sırasında ve doğumdan

sonra oluşabilen DNA dizi kopya sayısındaki

değişiklikler.

Gelişim sırasında DNA metillenme farkları

oluştuğu fark edilmiş

Nicel genler haritalanabilir

37

Nicel özellikler çok sayıda gen bölgesinden

etkilenmektedir.

Genetikçiler bu genlerin, genom içerisinde

nerede olduklarını bilmek isterler.

Bu genler tek bir kromozom üzerinde mi, yoksa

genom boyunca birçok kromozom üzerinde

dağılmış olarak mı bulunmaktadır?

Kantitatif genler haritalanabilir

38

Genlerin genom içindeki yerleşimi ya da haritası, organizmaların genetik yapılarının belirlenmesinde

önemli rol oynar.

İlk yaklaşım, özel bir kromozom ya da kromozomlar üzerinde nicel özellikleri kontrol

eden genlerin yerlerini bulmaktır.

Bu genlerin bulunduğu bölgelere nicel özellik lokusları (quantitative trait loci-QTLS) adı verilir.

Kantitatif genler haritalanabilir

39

QTL’lerin saptanmasında restriksiyon parçası uzunluk

polimorfizmi (RFLP) tekniğinden faydalanılmaktadır.

Belirli enzimlerle kesildiğinde, her bireyin DNA’sı farklı

büyüklüklerde parçalara bölünmektedir

RFLP ile domatestekantitatif gen haritalama

RFLP analizi domateste; meyve ağırlığı, çözünebilir katı maddeler ve asidite ile ilgili

QTL’lerin haritalanmasını sağlamıştır.

Bu analiz sonucunda;

Meyve ağırlığından sorumlu 6 lokusun 6 farklı kromozom üzerinde bulunduğu,

Çözünebilir katı madde ile ilgili 4 lokusun 5 farklı kromozom üzerinde bulunduğu,

Asidite ile ilgili 5 lokusun ise 4 farklı kromozom

üzerinde olduğu tespit edilmiştir.

40

Tarım açısından önemi

41

Tarımda önemi olan kalıtsal özellikler için

QTL’lerin yerlerinin tayini, seçilimin

etkinliğini artırır.

Bu süreç gelecekteki genetik değiştirmelere

ve organizmalar arasındaki gen

transferlerine kapı açar.