Geneetika kordamisteemade vastused (0)

Dominantsus - domineerimine ehk ühe tunnuse prevaleerumine tunnusepaaris teise üle
• Näide: silmade värv
Retsessiivsus - ühe tunnuse varjuvus tunnusepaaris heterosügootse genotüübi puhul; tunnuse
avaldumine ainult homosügootsuse (aa) korral.
Fenotüüp - indiviidi (morfoloogiliste, füsioloogiliste, keemiliste, etoloogiliste, arenguliste) tunnuste kogum
Genotüüp - indiviidi kogu geneetiline informatsioon, mis koostoimes keskkonnatingimustega määrab tema fenotüübi
Homosügoot - lookustes on identsed alleelid
• Homosügoot retsessiivse tunnuse osas (aa)
• Homosügoot dominantse tunnuse osas (AA)
Heterosügoot - diploidse või polüploidse indiviidi genotüübi seisund, kus homoloogiliste kromosoomide samas lookuses asuvad erinevad alleelid (nt. Aa).
Kromosoom - eukarüootse organismi genoomi struktuurselt individuaalne element, milles asuvad lineaarses järgnevuses ja kindla paiknevusega geenid ning mitmesugused mittegeensed nukleotiidijärjestused (lookused).
(loeng 2 – rakk , paljunemine )
Geen - kromosoomi kindlas lookuses paiknev pärivustegur, mis määrab otse või kaudselt
ühe või mitme tunnuse arengu.
(loeng 2 – rakk,paljunemine)
Alleel - üks kahest või mitmest alternatiivsest geenivariandist, mis asuvad populatsiooni
isendite homoloogiliste kromosoomide samas lookuses ja toimivad sama tunnuse
kujunemisele.
Alleele tähistatakse tähtedega. Suur täht tähendab dominantsust, väike retsessiivsust.
• Täht valitakse retsessiivse tunnuse järgi (inglise keeles)
(loeng 2- rakk,paljunemine)
Polüploidsus - kui kromosoomistikke on rohkem kui 1.
Aneuploidsus - kui kromosoomide arvu muutus ei hõlma tervet kromosoomistikku, vaid ainult ühte või kahte (ühe konkreetse kromosoomi arvu muutus). Aneuploidsus inimesel : Kassisilma sündroom (Cat Eye Syndrome ) inimesel on põhjustatud kromosoom 22 osalisest (lühike õlg ja osa pikast õlast) kolme kordsusest (trisoomik) või neljakordsusest (tetrasoomik).
• Nimi tuleneb sellest, et silmades on piklikud laigud.
Downi sündroom
Aneuploidsus nisus : Chinese Spring
• Kasulik geeni funktsiooni uurimiseks
Geneetiline informatsioon liigub DNA-lt RNAle ja RNA-lt valgule. Seda seaduspära
nimetatakse molekulaarbioloogia põhidogmaks. Dogma toimib ka teistpidi • mRNA alusel saab toota cDNA-d (complementary DNA).
Replikatsioon - DNA süntees – DNA replikatsioon, mille tulemusena saadakse igast algsest DNA molekulist koopia.
DNA replikatsiooni käigus lülitatakse kasvavasse DNA ahelasse inimesel 3000 nukleotiidi minutis , bakteril 30000 nukleotiidi minutis.
• Replikatsioonil käituvad matriitsina mõlemad DNA ahelad ning replikatsiooni lõppproduktideks on kaksikheeliksid, milles üks ahel on uus ja teine vana (semikonservatiivne
mudel).
DNA replikatsiooni initsiatsioon
• spetsiifiliste initsiatsiooni regioonide – ori regioonide olemasoluga.
vajalik DNA ahelate lokaalne lahtikeerdumine ning praimeri süntees (praimerit on vaja selleks, et sünteesitaval polünukleotiidahelal oleks vaba 3'-OH ots, kuhu DNA polümeraas saab liita nukleotiide).
• Vajalik ka AT-rikas regioon ja teatud DNA järjestused
Replikatsioon toimub interfaasis
Praimer - uue ahela algus
• Lühike oligonukleotiidi (DNA või RNA) järjestus, mis on komplementaarne DNA
järjestusega.
• Vajalik DNA ahela sünteesi alustamiseks, sest polümeraasil on vaja vaba 3'-OH otsa.
DNA helikaas - Eraldab DNA ahelad teineteisest.
DNA topoisomeraasid - katalüüsivad DNA ahelatesse ajutisi katkeid, et ei tekiks super -keerde. Superkeerd takistaks replikatsiooni jätkumist.
Okazaki fragment - katkendlikult, lühikeste fragmentidena sünteesitav DNA
Praimosoom - DNA sünteesi initsiatsiooniks on vaja valkkompleksi, mida nimetatakse praimosoomiks.
• Praimosoom koosneb DNA helikaasist ja primaasist.
• Primaas sünteesib RNA praimerid.
(loeng 4 – replikatsioon, transkr.)
Nukleiinhapped - Kahte tüüpi nukleiinhapet
• Deoksüribonukleiinhape (DNA)
• Ribonukleiinhape (RNA)
Nukleiinhapped rakus
• DNA - Tuum, Mitokonder, Kloroplast
• RNA - Kogu rakus
Nukleiinhappe struktuur: nukleotiid
Nukleotiidi struktuur: fosfaat, suhkur, lämmastikalus : Puriinid ( Adeniin A, Guamiin G)
Pürimidiinid (Tsütosiin C, Tümiin T,
Uratsiil U)
Selgroog: suhkur-fosfaat
• Nukleotiidid asetsevad ühtpidi
• Fosfaatgrupp liidab ühe suhkrumolekuli 3nda süsiniku teise suhkru 5nda süsinikuga
Lisatakse lämmastikalus
• Alus lisatakse esimesele süsinikule
• Aluste järjekord on oluline – see määrab geneetilise info
DNA koosneb kahest polünukleotiidi ahelast
DNA on…
• Kaheahelaline
• Antiparalleelne (mõlemad ahelad suunduvad vastassuunda)
• Lämmastikalused on omavahel liidetud
• Igal lämmastikalusel on spetsiifiline partner :
– A ja T
– G ja C
Puriin ja pürimidiin paarduvad omavahel.
• Kaks ahelat on komplementaarsed aga mitte identsed
• Alused on omavahel liidetud vesiniksidemetega.
RNA on… Üksik polünukleotiidi ahel (võib olla keerdus või aasadega)
• Suhkur: Riboos
• Lämmastikalustest:Adeniin (A), Guaniin (G), Tsütosiin (C), Tümiin - uratsiil (T=U)
(loeng 3 – genoom , ploidsus )
Replikatsiooni ja transkriptsiooni erinevused:
• RNA molekuli lülitatakse ribonukleosiid trifosfaate (DNA puhul desoksüribonukleosiid trifosfaate).
• Iga konkreetse geeni puhul kasutatakse RNA sünteesiks matriitsina vaid ühte DNA ahelatest.
– RNA ahela pikendamine toimub lämmastikaluste komplementaarsuse põhimõttel, kuid erinevalt DNA sünteesist lülitatakse adeniini vastu mitte tümiin-nukleotiid vaid uratsiil-nukleotiid.
• RNA sünteesiks ei ole vaja praimerit. Iga RNA molekuli süntees algab de novo, uue molekuli sünteesiga päris algusest.
(loeng 4)
Erinevad RNA molekulid • mRNA – (messenger RNA) – kodeerib valke ( translatsioon -
DNA nukleotiidses järjestuses salvestatud geneetilise informatsiooni vahendamine translatsiooniaparaadile).
• tRNA - ( transfer RNAs) on väikesed RNA molekulid, mis toimivad adapteritena translatsioonil polüpeptiidahelasse lülitatavate aminohapete ja mRNA molekulis asuvate
aminohappeid määravate koodonite vahel.
• rRNA - Ribosomaalsed RNA molekulid, kuuluvad ribosoomide koostisesse.
• snRNA - (small nuclear RNA-s) - väikesed tuuma RNA-d osalevad intronite splaissingul.
Transkriptsioon - Transkriptsiooni käigus kasutatakse ühte DNA ahelatest matriitsina, et sünteesida sellele komplementaarne RNA ahel, mida nimetatakse transkriptiks
Transkriptsioon toimub tuumas
Transkriptsiooni faasid :
• Initsiatsioon e. algus (initiation)
• Elongatsioon e. pikendus ( elongation )
• Terminatsioon e. lõpp (termination)
Translatsioon - Translatsiooni käigus „tõlgitakse“ RNA molekuli nukleotiidne järjestus valgu (polüpeptiidi) aminohappeliseks järjestuseks geneetilise koodi kaudu.
• Translatsioon toimub ribosoomidel.
• RNA molekuli, millelt toimub translatsioon, nimetatakse mRNA-ks.
• Protsessitud mRNA transporditakse tsütoplasmasse ning alles seal toimub translatsioon.
• Erinevalt eukarüootidest, kus transkriptsioon ja translatsioon on ajaliselt ja ruumiliselt teineteisest lahutatud, toimuvad prokarüootsetes rakkudes mõlemad protsessid korraga: parasjagu sünteesitavalt mRNA molekulilt algab kohe ka translatsioon.
(loeng 4)
Geneetiline kood - Üks koodon (=3nukleotiidi) kodeerib üht aminohapet
• Sama aminohappe saab erinevatelt koodonitelt
• 20 aminohapet
Start-koodon - AUG = metioniin
• Tähistab translatsiooni algust ja nö. translatsiooni nurgakivi (ilma selleta translatsiooni
ei toimu.
Stop-koodon - Tähistavad translatsiooni lõppu
• UAA
• UAG
• UGA
Mutatsioon - Vead replikatsioonis tekitavad mutatsioone . Vead replikatsioonis
• Mitte- standartne aluste paardumine võib tuleneda DNA paindlikkusest - tekitab mutatsioone.
• Transitsioon A -A või T
• Transversioon A -G või C
Transposoonid - DNA fragmendid , mis võivad muuta enda asukohta kromosoomis. Mõned kopeerivad end juurde, ja nende arv suureneb genoomis . Vastutavad suurte kromosomaalsete ümberpaigutuste eest ja samuti ühe-geeni mutatsiooniliste efektide eest. Avastati maisis ( Barbara McClintok) – kirju maisitõlvik.
Transposoonid põhjustavad mitteaktiivseid või ebastabiilseid alleele. Naturaalselt esinevad transposoonid põhjustavad geneetilist variatsiooni.
Transposooni vaigistamine: Maisis rohkelt aktiivseid transposoone. Kui luua mutandid, mis takistavad epigeneetilist protsessi, siis transposoonid „ärkavad“. Epigeneetilised sildid tekkisid, et võõrast DNA-d ( viirused ) vaigistada.
Transposoonide epigeneetiline vaigistamine on oluline et hoida genoomi terviklikkust!
Transposoonide vaigistamise haldamine on aktiivne protsess, milleks on vaja siRNA tootmist ja epigeneetikat.
Small interfering RNA-s e. Väikesed segavad RNA-d on pärit tsentromeeri ümbrusest.
Kokkuvõte: transposoonide aktiivsus peab olema kindlalt kontrollitud, et vältida laialdast mutatsioonide levikut. Epigeneetilised kontroll-protsessid on DNA metüleerimine, histoonide modifitseerimine ja si RNA tootmine.
(loeng nr 5 – epigeneetika )
Telomeerid - Lühikesed, kordusterohked DNA järjestused (100- 1000 nt) kromosoomi lõpus
• Vastutavad, et geneetilist materjali kromosoomide otstest kaotsi ei läheks.
• Rakkude vananedes telomeerid lühenevad (Kuna somaatilistes rakkudes telomeraas ei avaldu).
• Rakud , kus telomeerid on pikemad, jagunevad rohkem arv kordi kui need, kus telomeerid on
lühemad.
Progeeria - Haigus, kus indiviidid vananevad enneaegselt – vananemise sümptomid (kortsude teke, kiilaspealisus) ilmnevad juba sünnijärgselt; sellised lapsed surevad teismeliselt.
• Progeeriat põdevatel haigetel on telomeerid lühemad kui normaalsetel indiviididel.
(loeng 4 – transkripts.)
Geenitehnoloogia ja GMO - Meetod, mille käigus viiakse geen või geenid ühest organismist teise. Geenitehnoloogia on täppisaretus
• Meetod, mille käigus viiakse geen või geenid ühest organismist teise.
• Võimaldab viia vaid ühe huvipakkuva tunnuse geeni teise organismi.
• Geneetiliselt muundatud organism (GMO):
organism ( bakter , taim, loom), mille geneetilist materjali on muudetud geenitehnoloogia abil
(looduses mittetoimuval viisil?), et anda taimele uus omadus.
GMO: Transgeenne organism, Produkt , mis on geenitehnoloogia
käigus tehtud. Elusolendid (taimed, loomad, bakterid ), kelle pärilikkuse ainele on biotehnoloogiliste meetodite abil kunstlikult lisatud teiste elusolendite pärilikkuse
ainet või kelle pärilikkuse ainet on muul viisil nüüdisaegse geenitehnoloogia abil muudetud.
 Geneetilise muundamise puhul on põhimõtteliselt tegu sordiaretusega, kuid see on oluliselt kiirem ja tõhusam viis soovitud tulemuseni jõudmiseks.
Geenitehnoloogia poolt ja vastu –
Eelised: aitab tootjat ja säästab keskkonda
– rohkem saaki
– kasutades vähem maad, vett ja teisi ressursse.
– Putukaresistentsed taimed on tervislikumad inimesele (vähem mükotoksiine ja
taimekaitsevahendeid).
– Hispaanias on Bt mais võimaldanud vähendada taimekaitsevahendite kasutamist üle poole võrra võrreldes tavamaisi kasvatajatega , mis on tõstnud põllumehe sissetulekut kuni 120€ hektari kohta (arvestades saagikust ja taimekaitsevahendite kasutamist).
• Ohud:
– allergia, toksilisus ja antibiootikumiresistentsuse teke.
• Tänaseks ei ole tõendeid, et GM taimed tekitaks rohkem allergiaid või oleks mürgisemad.
– geenisiire sugulasliikidele ( näit. Raps : Soov kasvatada rapsi biokütuseks (Brassica
napus ) Willamette orus, kus on traditsiooniline Brassica juurviljade seemne tootmise piirkond
Brassica seemnetootjad mures, et biokütuse rapsi kasvatamine rikub nende puhta seemne.
Uurimisprojekt, et testida geenisiiret rapsi ja Brassica juurviljade vahel. Hetkel vähe teada rapsi ja Brassica juurviljade hübridiseerimise kohta)
kasulike putukate hävimisoht, biodiversiteedi vähenemine. Geenisiire on probleemiks kõigi taimede puhul, olenemata nende aretusmeetodist. Teiste ohtude osas ei ole mahukad uurimistööd leidnud tõendusmaterjali.
(loeng 7-gmo ja keskkond)
Geenitehnoloogia ja klassikalise sordiaretuse võrdlus –
Klassikaline: limiteeritud sama liigi isenditega (või lähedased liigid)
• Tuhandeid ristamisi hiljem - garantiid ei ole, et soovitud effekt on saavutatud.
• Mittesoovitud geenid kanduvad samuti üle
• Võtab kaua aega
Geenitehnoloogia: Saab üle viia vaid ühe geeni
• Võib viia geene eri organismidest teistesse üle
• Ajavõit
(loeng 7)
Geenitehnoloogia meetod - Esimene samm: DNA või RNA eraldamine ja geeni isoleerimine
 Alternatiiv – geeni disain ja süntees (Venter, mükoplasma – järgmine slaid).
 Oluline, et usaldusväärsed meetodid
DNA eraldamine:
Purusta rakud
 Lisa soolalahus , et DNA viia lahusesse
 Lisa orgaaniline lahus (kloroform), et valgud ja
rasvad eralduks
 Lisa alkohol ja DNA sadestub välja
Kloneerimine –
Vektor - DNA molekul mida kasutatakse geneetlise materjali kandjana (viib DNA teise rakku)
 Neli tüüpi:
 Plasmiid
 Bakteri või viiruse faag
 Kosmiidid
 Kunstlikud kromosoomid BAC, YAC)
 Sisaldab:
 OriC ( Origin of replication)
 multikloneerimise koht (multiple cloning site)
 Marker geen
Restriktsiooni ensüümid - Nö. „DNA käärid“. Tunnevad ära teatud DNA järjestuse ja katkestavad ahela ( Eco Ri).
 Bakterid produtseerivad ensüüme nimega
restriktsioonilised endonukleaasid.
 Need ensüümid lõikavad DNA ahelat kindlate 4 - 8
aluspaari pikkuste järjestuste juurest.
 Funktsioon: kaitsta baktereid faagide sissetungi eest,
lagundades nende DNA enne, kui faag jõuab
mikroobi kahjustada.
 Omaenese restriktaaside suhtes on bakterid resistentsed, sest
bakteri enda genoomis on need järjestused kaitstud adeniini ja
tsütosiini jääkide metüleerimisega. (loeng 6 – meetodid)
Geeni ekspressiooni disain - Promootori ja terminaatori valik
 Marker geen ja reporter geen
 Geeni ekspressiooni võimendajad ja asukohta
määravad järjestused
(loeng 7)
Promooter - Nende abil saab muuta ekspressiooni.
 constitutive promooter – ekspressioon toimub kogu aeg igas taime osas.
 Valikuline promooter – ekspressioon toimub ainult teatud taime arengu faasides, teatud taime kudedes või sõltub ekspressioon välistest teguritest.
 Tugevad ja nõrgad promootorid – mõjutab ekspressiooni kogust (valgu hulka)Spetsiifiline DNA järjestus, millele RNA polümeraas seondub
• Matriits ahel ( Template strand ) versus kodeeriv ahel (Coding strand)
• Upstream – 5’ suunas kodeerival ahelal
• Geenitehnoloogias on promooter oluline – määrab koespetsiiflise ekspressiooni
Marker geen - Geen, mille alusel saab otsustada, kas huvi all olev geen on teise organismi kandunud
 Tavaliselt antibiootilist resistentsust tagavad geenid
 Ka herbitsiidi resistentsuse geen on hea marker
 Rakud pannakse kasvama antibiootikumi või herbitsiidi sisaldavasse meediumisse ja need mis jäävad ellu, on tõenäoliselt edukalt transformeeritud.
 Antibiootikumi resistentsust tagavate geenide puhul eelistatakse neid, mis ei ole meditsiinis kasutusel.
 Uus suund: taime ainevahetuse markergeenide suunas (phosphomannose isomerase, xylose isomerase etc)
(loeng 7)
Reporter geen - Paigutatakse huvi all oleva geeni lähedale
 Et oleks lihtne identifitseerida transformeerunud rakke
 Et saaks hinnata ekspressiooni
 Näiteks:
 beta glucuronidase gene (gusA gene) – toodab sinist molekuli (transformeerunud rakud on sinised)
 Roheline fluorestseeruv valk ( green fluorecent protein - gfp) –rakud helendavad rohelise valguse käes
 Lutsiferaas (luciferase) – jaanimardikast – rakud helenduvad pimedas
Transformatsioon - Geneetilise materjali taime viimine
 Biolistiline meetod (gene gun)
 Agrobacteriumi abil
(loeng 7)
Biolistika - Mehhaaniline meetod
 Nö. Geeni püss ja kullast kuulid
 Kulla osakesed kaetakse DNAga ja tulistatakse taime kudedesse
 DNA satuvad raku sisse ja 12 tunniga siseneb DNA tuuma ja integreerub taime genoomi.
 Kuld kogutakse vakuoolidesse ja saadetakse taimest välja
Agrobacteriumi abil - Bakter
• Taime patogeen
• Põhjustab kasvajalaadset kasvu taimedel
• Sisaldab plasmiidi (tumor-inducing plasmid)
• Võimeline integreerima osa Ti plasmiidist (Transfer-DNA) taime genoomi
• Ti plasmiidi saab modifitseerida, et DNA vektorit sinna panna.
(loeng 7)
Putukaresistentsed taimed - Toksiin : Bt-valk, mis on eraldatud Bacillus thuringiensis bakterist
Tapab :
Liblikalised ( lepidoptera ) ( liblikad , ööliblikad)
Kahetiivalised (diptera) (kärbsed, sääsed)
Mardikalised (coleoptera) ( mardikad )
Põllumajanduslik tähtsus: varreleedik, maisi juure uss ja puuvilla kuprauss
Toksiini toime:
seob putuka seedeelundkonna retseptoreid
Tekitab poore plasma membraani
Glyphosate ( Roundup ™; Monsanto) blokeerib aminohapete sünteesi. Glüfosaat blokeerib ära ühe ensüümi (EPSP süntaas). Mõned EPSP süntaasid on resistentsed glüfosaadile
Roundup-ready™ puuvillal ja sojal on ekstra EPSP ensüüm
(loeng 7)
Epigeneetika - Igasugune potentsiaalselt stabiilne ja pärandatav muutus geeni ekspressioonis, mis tekib ilma DNA järjestuse muutuseta. Tähendab informatsiooni DNA-s, mitte järjestuses, vaid DNA või kromatiini struktuuri muutusi. Praktikas epigeneetika kirjeldab fenomeni, kus geneetiliselt identsed rakud või organismid ekspresseerivad oma genoome erinevalt ja sellest tuleneb fenotüübiline erinevus.
Epigeneetiline programmeerimine taimedes aitab kontrollida arengu etappe.
(loeng nr. 5 – epigeneetika)
Histoonid - valgud, mille ümber on DNA keeratud
• Histoonid on aluselised ja DNA on happeline ja nii moodustub stabiilne kooslus kromatiin.
Histooni peamine osa = oktameer (8 histooni molekuli)
DNA keeratakse kaks korda ümber histoonide
Nukleosoom = DNA, mida hoidab histoon paigal
Nukleosoome hoiavad koos linker DNA-d
DNA superkeerdumine
Nukleosoomi funktsioon
• Aitavad DNA molekuli keerdus hoida
• Reguleerivad geeni ekspressiooni
(loeng 3, 5 -genoom, ploidsus; epigeneetika)
Meetodid: PCR - Polymerase chain reaction (PCR). Vaja praimereid, mis on disainitud sisestatud geeni järgi.

Inkubeeritakse sihtmärgi DNA-d 94 kraadi juures 1 minut, et eraldada ahelad.

Lisatakse praimerid, nukleotiidid ja DNA polümeraas

Praimerid kinnituvad üksikutele DNA ahelatele 60 kraadise ikubatsiooni ajal ühe minuti jooksul

Inkubeerida 72 kraadi juurres 1 minut, selle aja jooksul moodustub 2 koopiat sihtmärgi DNA-d

Korratakse veel kuumutamise -jahutamise tsüklit, et teha veel 2 koopiat sihtmärgi DNA-d (loeng 6 – meetodid)
Geelelektrofrees -
Southern Blot - Testib, kas sisestatud geen on terve ja ‘ühes tükis’,
õiges suunas (orientation), ja koopia arvu.
 DNA kodeeriva järjestuse alusel disainitakse proov ,
millega hübridiseeritakse transgeense taime DNA-d
filterpaberil
 Proovil on radioaktiivne signaal küljes, mis näitab
tulemust. (loeng 6 – meetodid)
Northern Blot - Testib, kas mRNA on taimes olemas ja et
transkriptsioon toimib korrektselt
 mRNA eraldatakse, kantakse filterpaberile.
 Radioaktiivse sildiga DNA proov seob mRNA külge
ja on nähtav.
Western Blot - Testib valgu olemasolu
 Valgu proovid eraldatakse transgeensetest taimedest ,
denatureeritakse ja kantakse membraanile.
 Prooviks on antikehad, mis tunnevad ära eesmärk
valgu.
siRNA - RNA vaigistamine (RNA silencing) on mitme etapiline protsess, misläbi kaksikahelaline RNA ( dsRNA ) töödeldakse valgu Dicer poolt nii, et tekivad lühikesed RNA
dupleksid. Need väikesed RNAd järgnevalt seonduvad valguperekonnaga Argonaute.
Tulemuseks on geeni vaigistamine.
siRNA ja miRNA loomisel Dicer või Dicerisarnased (DCL) valgud lõikavad pikad dsRNA
(kaksikahelaline RNA) või tagasivolditud (linguvõi juuksenõela-kujuline) RNA väikesteks ~ 21 –25 nt fragmentideks
siRNA-d kaitsevad genoomi:
• Löövad tagasi sissetungivad viirused
• Vaigistavad „hälvik‟-transkripte
• Vaigistavad transposoone ja korduselemente siRNAd samuti hoiavad mõnede geenide
epigeneetiliselt vaigistatud staatust.
Enamus taimeviiruseid on RNA viirused, mis paljunevad läbi kaksikahelalise vaheetapi.
Kaksikahelaline RNA (dsRNA) lõigatakse Diceri (DCL) valgu poolt, et tekitada
siRNA molekule, mis seonduvad AGO valguga, et vaigistada viiruse replikatsiooni
ja ekspressiooni.
Viiruse infektsioon tekitab süsteemset siRNA kogunemist
Viirustel on valgud, mis suruvad alla RNA vaigistamise.
Kokkuvõte viiruse poolt indutseeritud geenivaigistamisest
• RNA-vahendatud geenivaigistamine on oluline, et kaitsta taime patogeenide eest.
• siRNA-d segavad viiruse paljunemist.
• siRNA-d aitavad süsteemselt kaasa taime taastumisele ja resistentsuse tekkele.
• Enamus viiruseid toodab RNA vaigistamise allasurujaid (takistajaid).
siRNAs - kokkuvõte
siRNA rada vaigistab võõrast DNA, transposoone ja korduselemente. Taimedes, siRNA toodetakse Dicer-valgu abil, mis hakib dsRNA 24 nukleotiidilisteks siRNAdeks
siRNA-d moodustavad kompleksi AGO valkudega ja moodustavad vaigistamise komplekse.
Vaigistamise kompleksid on aktiivsed posttranskriptsionaalselt. Nad hävitavad mRNA, mis häirib translatsiooni. Vaigistamise kompleksidel on roll ka kromatiini muutmisel
(DNA metüleerimine ja histooni modifitseerimine)
(loeng 6 – siRNA)
Populatsioonigeneetika - Alleelide esinemise sageduse uurimine populatsioonis ja
populatsioonide vahel
• Kromosoomi paarid segregeeruvad ja rekombineeruvad igas põlvkonnas
• Iga geeni igal alleelil on oma iseseisev evolutsiooniline minevik ja tulevik.
• Alleelide sagedused varieeruvad erinevates populatsioonides.
HARDY WEINBERGi printsiip
• Saab arvutada geenide sagedused genotüüpide sagedustest
• Töötab kodominantsete alleelide korral (igal genotüübil on oma fenotüüp)
HARDY WEINBERG VALEM
Genotüübi sagedus:
AA = p2
Aa = 2pq
aa = q2
Ehk p2 + 2pq + q2= 1
(loeng 10 – geneetika sordiaretuses)
Resistentsus - Bakterid vahetavad geneetilist infot, et moodustada uusi kombinatsioone
• Bakterite geenivahetust nimetatakse konjugatsiooniks
• Konjugatsiooni käigus viiakse geneetiline materjal tsütoplasma silla kaudu ühest organismist teise
• See võib toimuda ka omavahel mitte-suguluses olevate bakterite vahel
• Toimub mullas, vees ja elusorganismides
20 aastat ja bakterid muutusid resistentseks (tänu konjugatsioonile) Staphylococcus aureus (põhjustab veremürgitust ja kopsupõletikku) resistentsus 1950
• Täna on erinevad S. aureus tüved resistentsed KÕIGI antibiootikumi vastu ( MRSA = multiple resistance Staphylococcus aureus)
Patogeeni ja peremeestaime vaheline interaktsioon :
1. Algne vastuvõtlikus: peale algset replikatsiooni patogeeni levik piiratakse väikese hulga rakkudega esmase infektsiooni koha lähedal. Enamasti on see seotud HR-iga (taimede üldine
reaktsioon patogeenidele ja kahjuritele). Patogeeni poolt nakatatud ala ja selle ümbrus nekrotiseerub.
2. Piiratud vastuvõtlikus:
1. patogeen replitseerub ja levib taimes, kuid madalal tasemel, tulemuseks on vähesed sümptomid ja kahjustused.
2. Patogeen ei levi süsteemselt esmaselt infitseeritud lehest edasi.
3. Patogeen replitseerub ainult esmaselt nakatatud rakkudes (puudub levik taimes)
3. Täielik immunsus: patogeen pole võimeline replitseeruma isegi esmaselt nakatatud rakkudes.
Peremeestaime resistentsus
• Spetsiifiline
• Vajalik R valke, mis tunnevad ära avirulentsuse faktorid (avr) patogeenis
Näide:
Põhja-Ameerika viljasääsk ja nisu (resistentsus aretuse läbi)
*Nisu ja fusarioosid (Fusarium graminearum) Põhjustab ka kontrollimatut vahutamist õlles
Patogeenidel on omad meetodid, et taimede põhiresistentsust alla suruda.
• Kui patogeen surub põhiresistentsuse maha, siis taimed võivad reageerida teist tüüpi kaitsemeetodiga: hüpersensitiivne vastus (hypersensitive response (HR).
• HR-i tulemusel toimub taimeraku enesetapp nakatumise kohas.
• Eesmärk: blokeerida vee ja toidu kättesaadavus patogeenile. Ja niimoodi päästa ülejäänud taim.
• HR on patogeeni-spetsiifiline ja käivitub, kui taime rakk tunneb ära spetsiaalsed patogeeni molekulid (effector molecules).
• HR tekib vastuseks bakterite, seente, viiruste ja nematoodide rünnakule.
Pärast HR käivitamist on taime koed väga resistentsed paljude patogeenide nakatumisele.
• Süsteemne omandatud resistentsus (systemic acquired resistance (SAR))
• Taim on nö. kõrgendatud valmisolekus.
• SAR-i saab aktiveerida, kui taimele pritsida teatud taime aktivaatorit. Põllumajanduses on
neid hea kasutada, sest nad on vähem mürgised inimesele ja keskkonnale, võrreldes
taimemürkidega. Nende efekt kestab kauem.
(loeng 8)
R geenid, Avr geenid -
R geen – resistentsuse geen taimes
Avr geen – avirulentsuse ehk mittenakatamise geenid patogeenis
• On teada hulgaliselt resistentsusgeene, kuid nende struktuur ja täpne funktsioon on enamasti teadmata.
Resistentsuseks on vaja kahe geeni vahelist interaktsiooni .
(a) Ainult kahe dominantse alleeli RPS2 ja avrRpt2 vaheline interaktsioon vallandab
peremeestaimes kaitseks vastuse (tulemuseks sobimatu vastus ehk resistentne taim)
(b, c, d) Teiste alleelide interaktsioon, kus taimel puudub funktsionaalne RPS2 geen või
patogeenil puudub funktsionaalne avrRpt2 geen, ei teki peremeestaimel äratundmist
ja tulemuseks on ‘kokkusobiv’ vastus ja visuaalselt haige taim.
Kokkusobiv vastus (compatible response )– interaktsioon, mille käigus tekib haigus
• Sobimatu vastus (incompatible response) – haigust ei teki (või tekib vähe)
• Geenid, mis tunnevad patogeeni ära ja aktiveerivad kaitsereaktsiooni.
– Näiteks: mõned tomati kultuuridel esinevad haigustunnused, kui neid bakteriaalse patogeeniga Pseudomonas syringae(kokkusobiv vastus) nakatada, aga teised kultuurid (Rio Grande ) tunnevad bakteri ära ja suudavad haigusilminguid kontrolli all hoida (sobimatu vastus)
• Haiguse resistentsus – täielik immuunsus – väga resistentne ( highly resistant) - väga vastuvõtlik (highly susceptible)
(loeng 8)
Taime enesekaitseviisid - Taimed pakuvad huvi paljudele organismidele – bakterid, seened, putukad ja selgroogsed .
• Immuunsüsteemi puudumisest hoolimata on taimedel imelisi vahendeid et end kaitsta:
– füüsiline kaitse
– keemiline kaitse
valkudel põhinevad süsteemid, et märgata ja peatada patogeen
Taimed teevad vahet tavaliste haavade eest ja putukakahjustuste vahel.
• Putukate süljes on teatud signaalmolekulid.
• Vastuseks toodab taim lenduvaid orgaanilisi ühendeid (volatile organic compounds (VOCs), nagu monoterpenoids, sesquiterpenoids, and homoterpenoids.
• Need kemikaalid peletavad putukaid või meelitavad teisi putukaid, kes hävitaks taimele kahjulikke putukaid.
– Näiteks: Lima beans and apple trees emit chemicals that attract predatory mites when damaged by spider mites, and cotton plants produce volatiles that attract predatory wasps when damaged by moth larvae.
• Sõnum levib: kui ühes taime osas on kaitsesüsteemid käivitunud, levib see teistesse taime osadesse ja ka naabertaimedesse.
• Kallis lõbu – toodang peab olema hästi ajastatud.
Taime rakusein – kaitse patogeeni kinnituse ja nakatumise eest.
– Füüsiline kaitse
– Keemiline kaitse
Keemiline kaitse
• Esmased metaboliidid – toodetakse taime poolt ja on otseselt vajalikud kasvuks, arenemiseks ja paljunemiseks Näiteks suhkrud, valgud, amino happed …
• Sekundaarsed metaboliidid – ei ole otseselt kasvu ja paljunemisega seotud, aga
on seotud taimekaitsega. Kolm peamist klassi:
– terpenoidid
– fenoolid
– alkaloidid
Terpenoidid
• Suurim klass sekundaarsetest metaboliititest
• 22,000 ühendit
• Peamiseks koostisosaks eeterlikes õlides, mis vastutavad taime lõhna eest.
• Funktsioon: olla putukamürgiks ja kaitsta seen -või bakterpatogeenide eest.
Näit. – münt, krüsanteem, mänd
Mis putukale surmav, see inimesele ohutu
• Vürtsid, maitseained jne on tehtud eeterlike õlide abil, mida taim toodab putukamürgiks
(oregano, loorber , basiilik, rosmariin , piparnünt, salvei jne)
Fenoolid
• Teine suur metaboliitide klass.
– flavonoidid (suurim klass)
– antotsüaniin – vastutavad värvi eest taimedes.
Kaitseb UV eest.
– fütoaleksiin - tapab baktereid ja seeni, on osa indutseeritud kaitsest. Segab ära patogeeni
metabolismi
• medicarpin - alfalfa (Medicago sativa )
• rishitin - tomatoes and potatoes (the Solanaceae family)
• camalexin, Arabidopsis thaliana
– tanniin
– ligniin
Tanniinid
• veeslahustuvad flavonoidid taime vakuoolides.
• Tanniinid on putukatele mürgised, sest nad seonduvad süljevalkudega ja seedetrakti
ensüümidega (nt. trüpsiin) ja põhjustavad seedetrakti mittetoimimise. Putukad, kes tarbivad
palju tanniine võtavad kaalus juurde ja siis surevad.
• Tanniinid annavad ka punasele veinile oma eripärase maitse, sest viinamarja tanniinid
seonduvad sülje valke ja tekitavad valkude hüübimise ( koagulatsioon ).
Alkaloidid
• Suur klass lämmastikku sisaldavaid ühendeid.
• Saadud aminohapete (aspartaat, lüsiin, türosiin, trüptofaan) modifitseerimisel
• Mõju füsioloogiale
• Näited:
– kohveiin – kohvi ( Coffea arabica), tee (Camellia sinensis), kakao (Theobroma cacao). Putukatele ja seentele mürgine. Kohvi võsud võivad takistada lähedalolevate seemnete idanemist (allelopathy). Kaitse teiste taimede eest ehk konkurentsipoliitika .
– kokaiin
– morfiin
– nikotiin – tubakas (Nicotiana tabacum ). Hoitakse vakuoolides ja eraldub, kui vakuoolid katki teha.
kapsaitsiin – (Capsicum) aktiivne komponent tšillipipras.
Valgud-ensüümid
• Spetsiaalselt inhibeerivad patogeenide ensüüme (blokeerivad aktiivsed kohad või segavad valgu konformatsiooni)
• Väikesed valgud:
– Defensiinid
– Amülaasi inhibiitor
– Lektiinid
– Proteinaasi inhibiitorid
• Tootmine nõuab palju energiat.
• Seega enamus kaitsevalke toodetakse pärast patogeeniga kokkupuudet.
Defensiinid
• Väikesed tsüsteiinirikkad valgud
• Surmavad laiale mikroobide spektrile
• Esimest korda eraldati odra (Hordeum vulgare ) ja nisu (Triticum aestivum) endospermist.
• Laialt esinevad ja on olemas enamustest taimedes
• Kõige paremini on neid iseloomustatud seemnetes, aga defensiine leidub ka lehtedes, kaunades, mugulates , viljades, juurtes , koores ja õites.
• Kaitsevad paljude bakterite ja seente eest. Täpne mehhanism ei ole veel teada, aga defensiinid mõjutavad plasma membraani ja tekitada poore või blokeerida olemasolevaid poore.
RNA vaigistamine
• Alternatiivne taimekaitsemehhanism viiruste vastu.
• Paljud viirused paljunevad kaksikahelalise RNA abil.
• Taimed tunnevad need molekulid ära ja lõikavad lühikesteks fragmentideks (restriktsiooniensüümid).
• Taimedel on alguses näha kahjustuse märke, aga need kaovad, kui RNA vaigistamine töötab.
• Lisaks – taim jätab viiruse järjestuse mällu, et tulevikus kiiresti reageerida.
(loeng 8)
Geneetika rakendused:miks vajalik osta sertifitseeritud seemet ? -
Heteroos
Universaalne fenomen, kus F1 põlvkond on paremate agronoomiliste või saagi omadustega, võrreldes mõlema vanemaga.
Geneetline mehhanism ei ole täpselt teada
 Heteroos (Hybrid vigor) suurendab:
• Tootlikkust (saak/ühik/ajaühik, 15-20% saagi lisa)
• Majanduslik kasu
Kaks hüpoteesi, miks inbreeding on kehv
Üledomineerimine (Overdominance) : geneetiline varieeruvus annab eelise populatsioonis, nii, et heterosügootidel on eelis mõlema homosügoodi ees. Inbriiding vähendab eterosügootide sagedust, seega homosüügote on rohkem ja seega kohasus ( fitness ) on väiksem.
Domineerimine(Dominance) : Geneetiline varieeruvus kohasuse (fitness) osas on põhjustatud haruldase fataalse retsessiivse alleeli poolt. Sellised alleelid jäävad populatsiooni alles, sest nad tekivad uuesti. Algpopulatsioonis on need alleelid heterosügootides. Kui inbreeding kestab, siis tõuseb homosügootide arv ja kohasus (fitness) väheneb.
• Heteroos aga käib selle hüpoteesi vastu
Seemne sertifitseerimine
Seemne:
• põlvnemise,
• liigi- ja sordiehtsuse
• liigi puhtuse ja kvaliteedi ning
• taimetervisenõuetele vastavuse kontrollimine ning pakendite sulgemine ja märgistamine
Põllumajandusameti järelevalve all. Eestis ei tohi turustada sertifitseerimata seemet!
Mutatsioonide kogunemine.
(loeng 10 – geneetika sordiaretuses)
14