Loomageneetika 1 osa (2)

EESTI MAAÜLIKOOL VETERINAARMEDITSIINI JA LOOMAKASVATUSE INSTITUUT
LOOMAGENEETIKA I OSA LOENGUKONSPEKT ÕPPEAINES VL.0779 ARETUSÕPETUS
ÕPPEVAHEND EMÜ ÜLIÕPILASTELE
Koostajad: A. Lüpsik E. Orgmets H. Viinalass
TARTU 2009 GENEETIKA KUI TEADUS JA SELLE KOHT BIOLOOGIAS
Geneetika on teadus organismide pärilikkusest. Mõiste geneetika tuleneb kreeka keelest ja tähendab sünnisse, põlvnemisse või tekkesse puutuvat. Tänapäeval on geneetika kujunenud bioloogia üheks keskseks haruks, sest ta uurib kõikidel organismidel esinevat nähtust ­ pärilikkust ja selle muutumist ning geneetilise informatsiooni edastamise ja realiseerumise seaduspärasusi organismi elutsükli jooksul. Geneetika arengust sõltuvad elusorganismide soovikohase muutmise, valkude biosünteesi kontrolli ja ka põllumajandusloomade selektsiooni edusammud. Geneetika on seotud paljude bioloogia ja teiste loodusteaduse harudega. Tihedalt on geneetika seotud tsütoloogiaga ehk rakuõpetusega. Samuti mikro- bioloogiaga ja viroloogiaga, sest tänu kiirele paljunemisele osutuvad sageli just mikroorganismid sobivateks geneetika uurimisobjektideks. Tihedalt on geneetika seotud ka biokeemiaga, sest tänu biokeemilistele uurimistele avastati geneetilise informatsiooni säilimise ja realiseerumise seaduspärasused. Geneetika on tihedalt seotud matemaatikaga. Populatsioonigeneetika matemaatilised meetodid on põllumajandusloomade selektsiooni aluseks. Peale eelnimetatute on geneetika otseselt või kaudselt seotud veel paljude teiste teadusharudega (füsioloogia, embrüoloogia, immunoloogia, antropoloogia , meditsiin, veterinaaria jne).
GENEETIKA UURIMISMEETODID JA GENEETIKAHARUD
Geneetikas kasutatavad uurimismeetodid võimaldavad selgitada pärilikke nähtusi ja geneetilise informatsiooni edasiandmise seaduspärasusi kõikidel elusa mateeria tasemetel . Vastava geneetikaharu nimetus oleneb uurimismeetoditest ning sellest, millisel tasemel uurimist teostatakse. Molekulaarsel tasemel uuritakse organismis toimuvate biokeemiliste reaktsioonide ja valgusünteesi geneetilist determineeritust ning rakutuumas paiknevate nukleiinhapete struktuuri ja funktsioone. Samuti mutatsioonide teket ja olemust. Seda geneetikaharu nimetatakse molekulaargeneetikaks. Põhiliselt kasutatakse selles geneetikaharus biokeemilisi ja biofüüsikalisi meetodeid , kus katseobjektideks on enamasti mikroorganismid. See geneetikaharu hakkas arenema 1940...1950. Tsellulaarsel (raku tasemel) ehk tsütogeneetikas uuritakse rakuorganellide (põhiliselt kromosoomide, kuid ka ribosoomide, mitokondrite jne) osa geneetilise informatsiooni säilitamisel ja realiseerimisel, kromosoomide mikrostruktuuri ja nende muutusi, kromosoomiarvu ja karüotüübi (kromosoomistiku) erinevusi eri liikidel jne. Organismi tasemel geneetilised uuringud on kõige vanemad. Põhimeetodiks sellel tasemel on hübridoloogiline meetod, kus ristamiskatsete abil tuvastatakse geneetilise informatsiooni pärandumise seaduspärasusi. Selle meetodiga hinnatakse vanemate pärilikke iseärasusi nende järglaste tunnuste põhjal. Selleks ristatakse omavahel erineva geneetilise informatsiooniga isendeid mitme põlvkonna jooksul ning uuritakse nende järglaste tunnuste iseärasusi ja variatsiooni . Hübridoloogilise meetodi alused töötas välja G. Mendel (1822- 1884). Selle meetodi ühe variandina võib vaadelda genealoogilist analüüsi, kus kasutatakse registreeritud põlvnemisandmeid, s.o eellaste andmeid. Populatsiooni (isendite kogum teatud territooriumil) tasemel uuritakse peamiselt loodusliku ja kunstliku valiku toimet populatsiooni genofondile ning evolutsiooni geneetilisi seaduspärasusi. Seda geneetika haru nimetatakse populatsioonigeneetikaks. Siin on põhiliseks meetodiks matemaatiline analüüs. Tõenäosusteooria ja variatsioonstatistika kasutamist bioloogiliste objektide uurimisel nimetatakse biomeetriaks. Biomeetriliste meetoditega on võimalik selgitada populatsiooni
2 genofondi struktuuri ja dünaamikat. Populatsioonigeneetika matemaatilised meetodid on peamisteks põllumajandusloomade jõudlusomaduste pärilikkuse uurimisel ja selektsioo- niteoorias. Lisaks eelnimetatutele on olemas veel palju geneetika harusid ­ mikroobi-, looma-, inimese-, onko -, farmako-, immunogeneetika jne.
PÄRILIKKUSE MÕISTE
Pärilikkus üldisemalt on organismi võime anda omataolisi järglasi. Kõrgematel organismidel avaldub see nii põlvkondade kui ka rakkude tasemel: sugurakkude kaudu antakse geneetiline informatsioon edasi järgnevale põlvkonnale, kuid ka keharakkude jagunemisel toimub informatsiooni edasiandmine emarakult tütarrakkudele. Pärilikkust ei või segi ajada pärandumisega, mis tähistab ainult geneetilise informatsiooni edasiandmise protsessi ja selle seaduspärasusi. Seega võib pärilikkust defineerida kui organismi arengu juhtimiseks määratud informatsiooni edastamis-, säilitamis- ja realiseerimis- protsesside kogumit.
Pärilikkuses kui nähtuses on kaks aspekti: - informatsiooni säilitamine ja selle edastamine (pärandumine); - informatsiooni realiseerumine organismi elutsükli, st ontogeneesi kestel (fenogenees).
Pärilikkuse tüübid on: 1) kromosoomiline pärilikkus, st pärilikkus määratakse geenide ja kromosoomidega. Selle tüübi alusel toimubki enamiku tunnuste pärandamine. 2) tsütoplasma pärilikkus, mis esineb rakuorganellidel, kellel on olemas oma DNA - seega ka omad geenid . Näiteks mitokondrid ja plastiidid (paljunevad amitoosi teel).
Informatsiooni säilitamise ja pärandumise seaduspärasused sõltuvad antud liigi sigimise iseärasustest. Sugulisel sigimisel on põlvkondade vaheliseks ühendavaks sillaks sugurakud , sugutul sigimisel aga keharakud ja eosed.
MOLEKULAARGENEETIKA ALUSED
Molekulaargeneetikas on peamiseks uurimisobjektiks nukleiinhapped , nende struktuur ja funktsioonid geneetilise informatsiooni säilitamisel ning edasiandmisel. Kui eelnevatel perioodidel uuriti pärilikke nähtusi eelkõige kõrgematel, suguliselt sigivatel organismidel, siis tänapäeval on nendeks mikroorganismid ( ainuraksed , vetikad , bakterid , viirused ja mikroseened). Mikroobide iseärasused: 1) lühike elutsükkel ( viirustel ja bakteritel 20...30 min, mikroseentel 1...2 tundi). See võimaldab uurida geneetilist seost väga paljude põlvkondade jooksul; 2) suur paljunemiskiirus; 3) suguta sigimise kõrval esineb ka suguline sigimine ; 4) lihtne kasvatada. Bakteritest on geneetikud kõige enam kasutanud uurimistöös soolekepikest ­ Escherichia coli ja tema faage.
3 Nukleiinhapped kui geneetilise informatsiooni kandjad . 1944.a avastasid Avery, MacLeod ja McCarty, et geneetilise informatsiooni materiaalseks aluseks on nukleiinhapped - DNA ja RNA. Nukleiinhapped on kõrgmolekulaarsed polünukleotiidid. Hüdrolüüsil lõhustuvad nad nukleotiidideks, need omakorda lämmastikaluseks, süsivesikuks (riboosiks või desoksü- riboosiks) ja fosforhappeks. Olenevalt sellest, kas nukleiinhapete koostisse kuulub riboos või desoksüriboos, jaotatakse neid ribonukleiinhapeteks (RNA) ja desoksüribonukleiinhapeteks (DNA). Nad erinevad üksteisest ka nende koostises leiduvate lämmastikaluste poolest. Lämmastikaluseid on kokku viis: puriinalused - adeniin (A) ja guaniin (G); pürimidiinalused - tümiin (T), tsütosiin (C) ja uratsiil (U). Lämmastikalustest esineb RNA molekulis adeniin (A), guaniin (G), tsütosiin (C) ja uratsiil (U), kuid puudub tümiin (T).
DNA ehitus DNA paikneb rakutuumas kromosoomides. Erandiks on munarakud , kus osa DNA-st paikneb ka tsütoplasmas. DNA sisaldab adeniini, guaniini, tsütosiini ja tümiini (puudub uratsiil). E. Chargraff tõestas1950.a, et puriin- ja pürimidiinaluste suhe DNA-s on alati võrdne: A+G=T+C ning adeniini hulk võrdub tümiiniga (A=T) ja guaniini hulk tsütosiiniga (G=C).
1950. aastatel uurides DNA struktuuri jõudsid mitmed teadlaste töögrupid järeldusele, et DNA on biheeliksi kujuline (kujutab endast kaksikspiraali, mis on pöördunud kellaosuti liikumise suunas) ning üksikute molekulide vahekaugus on konstantne (0,34 nm). DNA molekuli struktuuri desifreerisid 1953.a inglise teadlased Watson ja Crick postuleerides järgmised põhimõtted: 1) DNA on paremale (kellaosuti liikumise suunas ) keerduv polünukleotiidahel, kus monomeerideks on nelja tüüpi nukleotiidid (A,T,G,C); 2) DNA polümeerse ahela diameeter on ca 2 nm; 3) ahela pöörde pikkus piki telge on 3,4 nm; 4) DNA molekul koosneb kahest polünukleotiidahelast, mille väliskihis asuvad vaheldumisi suhkur ja ortofosforhappejääk, seespool aga lämmastikalused; 5) ahelad on komplementaarsed: tümiini vastas teises ahelas asub alati adeniin (T-A) ning tütosiini vastas aga guaniin (C-G); ahelate komplementaarsus tuleneb lämmastikaluste molekulide ruumilisest struktuurist; 6) kaks polünukleotiidahelat DNA molekulis on vastassuunaliselt keerdunud (anti- paralleelsed); 7) ahelate komplementaarsus võimaldab DNA molekulil end kopeerida.
DNA molekul kujutab endast keerdtreppi, kus trepiastmete paariks on lämmastikaluste paarid (A-T ja G-C). Ahelate komplementaarsus seisneb selles, et nukleotiidijärjestus ühes ahelas tingib kindla nukleotiidijärjestuse ka teises ahelas. A-T-C-C-T-G-G-T-T-T-A-G-C-T-C-G-A ..................................................................... T-A-G-G-A-C-C-A-A-A-T-C-G-A-G-C-T
DNA molekuli peamisi omadusi seisnebki selles, et tal on võime end kopeerida - replitseeruda. Replikatsioonil katkevad lämmastikalustevahelised vesiniksidemed ja kaks polünukleotiidahelat eemalduvad üksteisest. Mõlema ahela kõrvale sünteesitakse uus ahel, mis on täpne koopia eelmisest. See võimaldab säilitada nukleotiidipaaride järjestuse DNA molekulis ka pärast kahendumist. Nukleotiidipaaride järjestus aga määrabki geneetilise informatsiooni. DNA koostis ja lämmastikaluste järjestus ei sõltu elutingimustest, vaid on kogu isendi elu jooksul nii kvalitatiivselt kui ka kvantitatiivselt konstantne. Mõnede
4 tugevatoimeliste faktorite ja juhuslike vigade tõttu DNA kopeerumisel võivad tekkida DNA nukleotiidijärjestuse muutused - mutatsioonid . Üldiselt on DNA väga inertne ja ainevahetuses ei osale. See on vajalik päriliku informatsiooni säilitamiseks muutumatuna ja püsivana aastatuhandete vältel.
RNA ehitus
Ligikaudu 90% RNA-st paikneb tsütoplasmas (põhiliselt ribosoomides) ja 10% rakutuumas. RNA osaleb geneetilise informatsiooni realiseerumises. RNA struktuur sarnaneb DNA omale, kuid ta molekul koosneb ühest polünukleotiidahelast. RNA koosneb riboosist, fosforhappe- jäägist ja lämmastikalustest, kusjuures tümiini (T) asemel on polünukleotiidahelas uratsiil (U).
RNA primaarstruktuur näeb välja järgmine: -A-U-U-C-G-G-G-U-A-A-C-G-
Rakus esineb RNA kolme vormina: 1) transpordi RNA (tRNA) 2) matriits e informatsiooni RNA (mRNA) 3) ribosoomi-RNA (rRNA). Kõik need RNA vormid osalevad valkude biosünteesil, kusjuures neil on seejuures erinevad funktsioonid. mRNA toob rakutuumast geneetilise info valgu sünteesiks vastavatesse rakuorganellidesse ­ ribosoomidesse. tRNA transpordib aminohapped tsütoplasmast ribosoo- midesse ning desifreerib geneetilise info. rRNA kuulub ribosoomide koostisse ja osaleb valgusünteesis. Kõige enam on uuritud tRNA-d. See on ristikulehekujuline ja kolmemõõtmeline. Põhjuseks on siin asjaolu, et molekulisiseselt võivad ribonukleotiidid komplementaarsuse printsiibil paarduda, kusjuures C ja G vahele moodustub kolm ning A ja U vahele kaks vesiniksidet. Tsentraalse silmuse otsas on kolmest nukleotiidis koosnev nn antikoodon , mis on komplementaarne kindla aminohappe koodoniga mRNA-s.
GENEETILISE INFORMATSIOONI LIIKUMINE RAKUS Matriitssüntees - geneetilise informatsiooni ülekanne
Kuidas toimub geneetilise info ülekanne rakus? DNA paikneb rakutuumas ja on seotud kromosoomidega, RNA aga tsütoplasmas. Geen - funktsionaalselt piiritletud lõik DNA molekulis, mis asub kromosoomis kindlas kohas ehk lookuses. 1950-ndatel aastatel jõuti arusaamisele, et nii nukleiinhapete kui ka valkude bioloogiline spetsiifika on esmajoones määratud nende monomeerse järjestusstruktuuriga ­ primaar - struktuuriga. Algselt puudusid teadmised selle kohta, kuidas sõltub valguahelate struktuur geneetilisest informatsioonist nukleiinhapetes, sest nukleiinhapete ja nukleotiidide vahel keemilist komplementaarsust ei ole. 1958.a postuleeris Crick, et biopolümeerid võivad oma järjestusinformatsiooni üle kanda ainult matriitssünteesil, kusjuures valgud iseenesest sünteesimatriitsiks olla ei või. Nendeks on ainult nukleiinhapped, mistõttu geneetiline info ei liigu valgult -valgule või valgult DNA- le või RNA-le. Sellest järeldus, et geneetilised põhiprotsessid rakus seisnevad spetsiifiliste biopolümeeride järjestusstruktuuri täpses reprodutseerimises uute molekulide sünteesil.
5 1958.a postuleeris Crick, et biopolümeerid võivad oma järjestusinformatsiooni üle kanda ainult matriitssünteesil ja need ülekanded on kindla suunaga. Siit ka molekulaarbioloogia põhiseadus:
Informatsiooniülekanded matriitssünteesidel võivad olla järgmised:
_____ tõenäoliselt toimuvad ülekanded
------- põhimõtteliselt võimalikud ( spetsiifilised ülekanded)
Geneetiline info liigub nukleiinhapetelt valgule, kuid ei saa liikuda valgult DNA-le, RNA-le ja valgule.
Geneetilise info põhiülekanded on järgmised: DNA replikatsioon DNA DNA (1958. a) Transkriptsioon DNA RNA Translatsioon mRNA valk RNA replikatsioon RNA RNA (viirustel, 1960. a) Pöördtranskriptsioon RNA DNA (1970. a)
Kõik matriitssünteesid toimuvad spetsiifiliste fermentide katalüüsival toimel. Nende fermentide primaarstruktuur on kodeeritud nukleiinhapete geneetilise infoga, mille ülekanne toimub neis matriitsprotsessides. Seega on geneetilise info kasutamine võimalik ainult valgulise sünteesiaparaadi pideva olemasolu korral.
Replikatsioon - DNA kahendumine e kopeerumine
DNA replikatsiooni, kus mõlemad ahelad pärast lahknemist vesiniksidemete katkemise tagajärjel despiraliseeruvad ning moodustavad enda kõrvale üksikutest nukleotiididest uue ahela, nimetatakse poolkonservatiivseks. Sellise replikatsiooni puhul säilivad lähte-DNA mõlemad ahelad kõrvuti uute polünukleotiidahelatega. DNA replikatsioon algab molekuli kindlast punktist (replikaatorilt). Kõrgemate organismide kromosoomi-DNA ülipikkades molekulides on selliseid alguspunkte mitu, prokarüootidel üks. DNA sünteesi katalüüsib ferment DNA-polümeraas. DNA-polümeraas liigub pärisuu- naliselt läbi ca 1000 nukleotiidipaari ja sünteesib üht ahelat , seejärel liigub teisel ahelal samapalju tagasi, sünteesides uut ahelat suunaga 3´- 5´mõlemal puhul. Kõrgematel organismidel toimub replikatsioon kiirusega 0,2...2,5 µ/min, madalamatel 30 µ/min. Kõrgematel organismidel toimub replikatsioon üheaegselt mitmes punktis, st kromosoomi-DNA-s on mitu replikaatorit (punkti), kust kahendumine algab, ja seetõttu toimub kogu kromosoomis sisalduva DNA replikatsioon mõne minuti jooksul. Kromosoomis on hulk (200-1000) replikone. Replikon on replikatsiooni ühik, st kromosoomi osa, mis kahendub. Pärast replikatsiooni DNA-ahelad spiraliseeruvad, moodustub kaks ühesugust ahelat.
6 RNA biosüntees - transkriptsioon
Kõikide RNA-vormide biosüntees (transkriptsioon) toimub rakutuumas, kusjuures matriitsi osa täidab DNA. Matriitsina RNA sünteesil toimib üks DNA ahelatest, mille järgi, vastavalt komplementaarsuse printsiibile, sünteesitakse üheahelaline RNA. Transkriptsiooni teostab vastav ensüüm ­ RNA-polümeraas, mille toimel katkevad kahe DNA ahela vahelised vesiniksidemed ning DNA biheeliks keerdub järk-järgult lahti. Seejärel sünteesib RNA- polümeraas ühe DNA-ahelaga komplementaarse RNA molekuli. Kuna RNA molekulis on tümiin asendunud uratsiiliga, siis rakendub transkriptsioonil järgmine komplementaarsus:
DNA : A ­G ­C -T RNA: U ­C ­G -A
Pärast transkriptsiooni DNA ahelad ühinevad ning DNA omandab endise biheeliksikujulise struktuuri. Seega toimub RNA transkriptsioonil informatsiooni ümberkirjutamine DNA-lt RNA-le. RNA-sünteesi võib vaadelda sarnaselt DNA replikatsiooniga. Mõlemal juhul toimub DNA molekuli despirasliseerumine ning DNA täidab matriitsi osa. Erinevus seisneb selles, et replikatsioonil kopeeritakse mõlemad ahelad, transkriptsioonil aga ainult üks. Pärast transkriptsiooni ühineval teineteisest eraldunud DNA ahelad, mida replikatsioonil ei toimu.
Valgusüntees kui geneetilise informatsiooni realiseerumise põhietapp
Oma täpse replikatsiooniga säilitab DNA geneetilise informatsiooni ja annab seda edasi rakkude pooldumisel põlvest põlve. Geneetilise informatsiooni realiseerumine fenotüübiks, selle translatsioon («tõlkimine») on pärilikkuse teine külg. Translatsioonil toimub valkude
7 biosüntees, mille käigus geneetiline informatsioon «tõlgitakse» keemiliste reaktsioonide keelde. Kõik keemilised reaktsioonid organismis toimuvad fermentide (ensüümide) osavõtul. Ka fermendid on valgud, valgulised biokatalüsaatorid. Iga rakus toimuv reaktsioon nõuab spetsiifilise fermendi osalust, mistõttu nende arv organismis ulatub tuhandetesse. Fermendid otsustavad lõppkokkuvõttes selle, millised tunnused organismil kujunevad. Nii on DNA põhifunktsiooniks elusas rakus spetsiifiliste valkude sünteesi juhtimine, sellest õige informatsiooni säilitamine ja edasiandmine. Juba 19. sajandi teisel poolel selgitati, et kõik valgud (proteiinid) on polümeersed ühendid, kus monomeerideks on aminohapped. Omavahel ühinenud aminohapped moodustavad polüpeptiidahela, mis kindlas ruumilises konfiguratsioonis moodustabki valgumolekuli või osa sellest. Valkude koostisse kuulub 20 aminohapet, mis üksteisest erinevad külgahela (radikaali) ehituse poolest. Valgu molekulis on aminohapped omavahel ühendatud peptiidsidemega (OC - NH). Peptiidsideme tekkel eraldub vee molekul. Valgud erinevad üksteisest aminohapete arvu, nende nomenklatuuri ja järjestuse poolest polüpeptiidahelates. Aminohapete arv, nomenklatuur ja järjestus polüpeptiidahelas määrab valgumolekuli primaarstruktuuri. Esimeseks etapiks valgusünteesil on DNA-s sisalduva geneetilise informatsiooni (nukleotiidijärjestuse) transkriptsioon matriits-RNA-le. See toimub rakutuumas. Seejärel väljub mRNA rakutuumast ja viib endas sisalduva informatsiooni valgusünteesi paika - ribosoomidesse. Ribosoomid paiknevad tsütoplasmas ja koosnevad rRNA-st ja valgust. Tavaliselt moodustavad ribosoomid polüribosoome (polüsoome), kus ribosoome hoiab koos mRNA-molekul. Valgumolekuli «ehituskivid» aminohapped transporditakse polüsoomile tRNA molekulide abil. mRNA molekuliga seostub esimene tRNA molekul, mida nimetatakse initsiaator ­tRNA-ks. Selleks peab initsiaator­tRNA komplementaarselt paarduma initsiaatorkoodoniga AUG ( metioniin ). tRNA molekuli kolme järjestikulist nukleotiidi, mis on komplementaarsed mRNA koodoniga, nimetatakse antikoodoniks. Seega on initsiaator- tRNA koodoniks UAC. Initsiaatorkoodon määrab ära, milline on mRNA molekuli nukleotiidide jaotuvus järgnevatesse koodonitesse. Valgusünteesi järgmine etapp seisneb aminohapete asetamises õigesse järjestusse vastavalt mRNA-ga etteantud geneetilise informatsiooni dekodeerimisele. Seejuures osalevad fermendid, mis aktiveerivad aminohappeid ja kindlustavad peptiidsideme tekke aminohapete vahele. Seda etappi valgusünteesil nimetatakse translatsiooniks. Sisuliselt on see geneetilise informatsiooni ülekandmine valgule. Aminohapped asetatakse järjestusse, mis vastab mRNA koodonite järjestusele. Pärast peptiidsideme teket viimase liitunud aminohappe ja polüpeptiidahela vahel vabaneb eelmine tRNA ja võib oma funktsiooni korrata . Pärast esimese tRNA molekuli seondumist mRNA-ga siseneb ribosoomi järgmine tRNA molekul. Selle tRNA antikoodon peab komplementaarselt paarduma initsiaatorkoodonile järgneva koodoniga. Aminohape , nagu on selgunud , kinnitub alati tRNA 3´-otsa, kus asub alati triplet CCA. Kui see triplet eemaldada, kaotab tRNA funktsioonivõime. Aminohappe ja tRNA sidumiseks ning ümberpaiknemiseks ribosoomil on vaja energiat, mida saadakse ATP-lt. Valgusüntees toimub hämmastava kiirusega: nii näiteks nõuab 146 aminohappest koosneva hemoglobiini -polüpeptiidahela süntees kõigest 21 sekundit, seega liitub ühes sekundis 7 aminohapet.
8 Geenid, alleelid ja lookused Teatud DNA lõigud kodeerivad teatud kindlaid polüpeptiide. Sellest tulenevalt võib lihtsustatult määratleda geeni kui DNA lõiku, mis koosneb ühe kindla polüpeptiidi aminohapetele vastavatest nukleotiididest. Siiski selliseid geene esineb kõrgematel loomadel äärmiselt harva. Tänapäeval on teada, et geenid koosnevad erinevatest piirkondadest e lõikudest, millest vaid osa sisaldab informatsiooni, mida kantakse üle mRNA-le ja mille järgi toimub polüpeptiidide süntees. Genoomiosi, millelt toimub informatsiooni ülekandmine mRNA-le, nimetatakse eksoniteks, kuna need genoomiosad on "eksponeeritud" ribosoomidel. Lisaks nimetatuile on olemas genoomiosad, milles talletunud infot mRNA-le üle ei kanta. Neid nimetatakse introniteks (nn geenisisesed piirkonnad) ja nende ülesanne ei ole lõpuni selge. Teada on, et eksonid moodustavad oluliselt väiksema osa genoomist. Geene, mis kodeerivad teatud polüpeptiide, nimetatakse struktuurseteks geenideks. Seejuures polüpeptiidid võivad olla kas rakkude 'ehitusmaterjal' või ensüümid. Lisaks struktuurgeenidele eksisteerivad nn reguleerivad geenid, mis reguleerivad struktuurgeenide transkriptsiooni. Reguleerivad geenid jaotatakse omakorda regulaatoriteks ja operaatoriteks. Regulaator "lülitab" struktuurgeeni sisse ja välja, operaator kontrollib
9 struktuurgeenil toimuvat transkriptsiooni. On ka geene, mis sünteesivad transpordi- ja ribosoomi RNA-d. Seega võib geeni defineerida kui funktsionaalselt piiritletud lõiku DNA ahelas. Geeni asukoht kromosoomis on määratud. Geeni asukohta kromosoomis nimetatakse lookuseks. Diploidse organismi kaks homoloogset kromosoomi võivad sisaldada samas lookuses ühe geeni erinevaid variante. Üht ja sama tunnust määravate geenide erinevaid variante nimetatakse alleelideks . Seega on alleeli mõiste seotud tunnustega. Tunnused on aga harva monogeensed - sagedamini määravad tunnuseid geenikompleksid. Sellest tulenevalt võib defineerida geeni ka kui geneetilise informatsiooni ühikut, mis muutumatult pärandub põlvkonnast põlvkonda. Ühel isendil võib olla maksimaalselt ühe geeni kaks alleeli. Populatsioonis võib alleelide arv olla aga kümnetes. Kui populatsioonis esineb vaid kaht liiki alleele, on tegemist dialleelsusega, kui neid on rohkem, siis polüalleelsusega. Kui isendil on kummaski homoloogses kromosoomis sama geeni kaks ühesugust alleeli, on tegemist homosügootse isendiga, kui alleelid on erinevad- heterosügoodiga.
Geneetiline kood
Geneetilise koodi olemasolu idee tekkis USA-s 1953. a toimunud sümpoosionil, kus arutati äsja Watsoni ja Cricki desifreeritud DNA struktuuri ja funktsioonide küsimusi. Kuidas aga neljast lämmastikalusest koosnev järjestus kodeerib 20 aminohappe järjestuse, jäi mõistatuseks veel mitmeks aastaks pärast DNA struktuuri selgitamist. Esimesed teadlased, kes avaldasid hüpoteese geneetilise koodi olemusest, olid USA kosmoloog Gamow (1954) ja Crick. Gamow väitis, et iga aminohappe koha määrab DNA biheeliksi pinnal asuv iseloomulik romblohk, mille moodustab kindel nukleotiidide kombi - natsioon. Ligikaudu samal ajal esitas Crick pideva kattumatu koodi idee, mis seisnes selles, et koodoniteks on järjestikused nukleotiidide tripletid, mis omavahel ei kattu. Oma hüpoteesi tõestas Crick koos kaastöölistega 1961. aastal. Selgus, et geneetiline kood on tõepoolest tripletne («kolmetäheline»), pidev (ilma «vahemärkideta») ja kattumatu (ühe koodoni «tähed» ei kuulu eelnenud ega järgnevasse koodonisse) ning geneetilise informatsiooni lugemine algab DNA kindlast punktist ja toimub ühes suunas. Cricki ja kaastööliste katsed ei näidanud aga seda, millised nukleotiidid triplettide koostises erinevaid aminohappeid kodeerivad. Esimesteks koodoni selgitajateks said USA teadlased Nirenberg ja Matthaei (1961). Teine etapp geneetilise koodi desifreerimisel algas 1964. a. Nirenberg ja Leder leidsid 1964. a meetodi kindla nukleotiidijärjestusega trinukleotiidide sünteesimiseks. Kuna iga selline trinukleotiid määrab ühe aminohappe koha, õnnestus lühikese ajaga (1965. a lõpuks) selgitada kogu geneetilise koodi «sõnastik». Geneetilise koodi selgitamise eest anti Nirenbergile, Khoranale ja Holleyle 1968. a Nobeli preemia. Nende teadlaste tööd tuleb lugeda üheks kesksemaks kogu molekulaargeneetikas.
10 Geneetilise koodi põhiomadused:
1) Tripletsus. Iga aminohappe koht polüpeptiidahelas määratakse koodoniga, mis koosneb mRNA kolmest nukleotiidist (DNA kolmest nukleotiidipaarist). Näit. aminohappele fenüülalaniin (Phe) vastavad nukelotiidide tripletid: UUU ja UUC, leutsiinile (Leu) aga CUC, CUU, CUA ja CUG jne. 2) Pidevus. Polünukleotiidahelas ei ole koodonid üksteisest mingil viisil eraldatud, vaid järgnevad vahetult üksteisele. Puuduvad «tekstisisesed kirjavahemärgid». Ühe nukleotiidi väljalangemise korral koodonist loetakse koodonisse järgneva tripleti esimene nukleotiid , mille tagajärjel muutub kogu informatsioon. 3) Kattumatus. Iga nukleotiid kuulub ainult ühte koodonisse. Kattumatusest tuleneb asjaolu, et aminohapete järjestus polüpeptiidahelas on üksteisest sõltumatu. 4) Kolineaarsus. Koodonite järjestus mRNA-s ja aminohappejääkide järjestus polüpeptiidahelas on lineaarselt kõrvutatavad. Näiteks mRNA-s on nukleotiidide järjestus järgmine: CUCUUUAUG siis polüpeptiidahelas on aminohapped järjestatud vastavalt leutsiin (CUC)-fenüülalaniin (UUU)-metioniin (AUG) jne. 5) Terminaatorkoodonid. Nende koodonite funktsiooniks on polüpeptiidahela sünteesi lõpetamine ja ahela vabastamine ribosoomilt. Need koodonid ei määra ühegi aminohappe kohta polüpeptiidahelas (nonsenss-koodonid). Neid on kolm ja nad on nimetatud järgmiselt: UAG - merevaik, UAA - ooker ja UGA - opaal . 6) Ühetähenduslikkus. Koodonid määravad alati ühtede ja samade aminohapete koha polüpeptiidahelas, seda kõigis olukordades (näit. UUU määrab alati fenüülalaniini asukoha polüpeptiidahelas). 7) Sünonüümsus. Üht ja sama aminohapet võib kodeerida mitu tripletti (2...6). Ainult metioniini ja trüptofaani kodeerib üks triplet, vastavalt AUG ja UGG. 8) Universaalsus . Seniste andmete kohaselt kodeerivad tripletid vastavaid aminohappeid kõigil organismidel ja viirustel. Geneetilise koodi universaalsus on kaalukaks tõendiks evolutsiooniteooriale ja tõestab kõigi organismide põlvnemise ühtsust.
DNA STRUKTUURI MUUTUSED - GEENMUTATSIOONID
Nukleotiidijärjestus DNA molekulis pole absoluutselt muutumatu, vaid ainult suhte- liselt püsiv. Lämmastikaluse järjestuse muutumine toob aga kaasa geneetilise informat- siooni muutuse - mutatsiooni. Mutatsioonid võivad tekkida iseeneslikult, vigade tõttu DNA replikatsioonil või tugevatoimeliste keskkonnategurite toimel. Keharakkudes tekkinud mutat- sioone nimetatakse somaatilisteks, sugurakkude mutatsioone aga generatiivseteks. Viimasel juhul kandub mutatsioon järgmisse põlvkonda. Mutantne DNA on replikatsioonil tavaliselt sama stabiilne kui selle lähtevorm, mistõttu mutatsioon kopeeritakse DNA replikatsioonil.
Geenmutatsioonid jaotatakse järgmiselt: 1. Tähenduslikud mutatsioonid, mille puhul muutub koodoni tähendus ning geneetilise informatsiooni sisu DNA molekulis. Tähenduslikud mutatsioonid võivad tekkida kolmel põhjusel: 1) nukleotiidipaari (de) väljalangemisel ­ mikrodeletsioon
A-T-C-G-A-T-T-G T-A-G-C-T-A-A-C
11 2) nukleotiidipaari(de) lisandumisel ­ insertsioon
A-T-C-G-A-T- -G T-A-G-C-T-A- -C T A
Mõlema nimetatud mutatsiooni puhul muutub informatsiooni (geneetilise koodi) lugemise samm (faasinihke efekt), millest omakorda muutub aminohapete järjestus polüpeptiidahelas.
3) nukleotiidipaaride asendumine - asendusmutatsioon (A-G või T-C). Asendusmutatsioon on tähenduslik ainult siis, kui see muudab koodoni tähendust ja põhjustab ühe aminohappe asendumist teisega .
2. Mõttetud mutatsioonid - tekib triplet, mis ei kodeeri ühtki aminohapet ja lõpetab polüpeptiidahela sünteesi (terminaatorkoodon).
3. Sünonüümsed mutatsioonid - koodon asendub sünonüümse (sama aminohapet kodeeriva) koodoniga ja polüpeptiidahela aminohapetejärjestus ei muutu.
DNA reparatsioon
Organismidel on evolutsiooni käigus välja kujunenud fermentsüsteemid, mis kindlustavad geneetilise info säilimise suhteliselt muutumatuna ja liikide püsimise. Absoluutne muutumatus katkestaks evolutsiooni.
Sellised fermendid on võimelised nö. parandama (repareerima) DNA struktuuris tekkinud vigu juba replikatsiooni eel, selle käigus või järel krossingoveri teel.
Siiani teatakse kahte reparatsiooni tüüpi: - valgusreparatsioon ja - pimereparatsioon. Valgusreparatsioonil taastatakse ultraviolettkiirgusega vigastatud DNA-molekuli normaalne struktuur nähtava valguse toimel. Valgusega lahutatakse kaksik-N-alused - dimeerid - ja taastatakse DNA algstruktuur.
Pimereparatsioonil toimub fermentide toimel kõigepealt DNA vigastatud ahelalõigu «väljalõikamine», seejärel sünteesitakse DNA-polümeraasi toimel terve DNA ahela järgi uus ahelaosa komplementaarsuse printsiibil. Teine võimalus on parandada viga krossingoveri (DNA osade vahetuse) käigus. Ka siin osalevad spetsiifilised fermendid. Reparatsioon aeglustab DNA replikatsiooni ca 10 tuhat korda. Kui normaalseks replikat- siooni tempoks loetakse 1000-1500 nukleotiidi sekundis, siis ühe vea parandamine võtab aega ligikaudu 10 sek. DNA reparatsiooni uurimine on toonud mõningat selgust ka mutatsioonide tekkeprotsessi: arvatakse, et mutatsioonid tekivad reparatiivsete fermentide häirete tõttu (puuduvad «remontijad»).
12 See asjaolu lubab oletada, et mutatsiooniprotsessi on tulevikus võimalik suunata ja vastavate fermentsüsteemide kaudu parandada vigu geneetilises informatsioonis (geeniteraapia).
TSÜTOGENEETIKA ALUSED
Tsütogeneetika põhiliseks uurimisobjektiks on kromosoomid , milles sisaldub kogu raku geneetiline informatsioon. DNA molekulide ruumiline paiknemine rakus sõltub suurel määral organismi struktuurist. Lihtsaimateks üherakulisteks organismideks on bakterid. Nende rakuehitus on suhteliselt lihtne ja neil puudub rakutuum . Bakterite DNA põhiosa paikneb raku tsentraalses osas üheainsa rõngasmolekulina ja pole seotud valkudega. Seda bakterite DNA- molekuli nimetatakse genofooriks, ehk bakterikromosoomiks. Baktereid ja teisi organisme, kellel puudub rakutuum, nimetatakse prokarüootideks. Organismidel (enamasti hulkraksetel), kellel esineb rakutuum ning selles esinevad kromosoomid, nimetatakse eukarüootideks. Iga kromosoom koosneb kahest pikast peenest spiraalsest niidist - kromatiidist, need omakorda kromoneemidest. Kromoneemid koosnevad veel väiksematest kromofibrillidest. Kromatiidid kujutavad endast nukleoproteiidi, st. nukleiinhapete ja valkude kompleksi (DNA, RNA, histoonid , K+, Fe2+, Mg2+ jne ioonid ). Käesolevaks ajaks on selgunud, et määravat osa geneetilise info säilitamisel ja edasiandmisel etendab DNA. DNA paikneb põhiliselt rakutuumas olevates kromosoomides ja DNA hulk rakus on püsiv. Kromosoomid on pärilikkuse materiaalsed kandjad ja nad kindlustavad geneetilise info edasikandmise järglastele. Kromosoomid «teevad» endast täpse koopia, registreerivad kõik temas toimunud muutused, kodeerivad geenide abiga tunnuste määramise süsteemi ning lahknevad seaduspäraselt rakujagunemise protsessis. Kromosoom kujutab endast aheldunud geenide süsteemi, mis kindlustab geneetilise info hoidmise ja edasiandmise. Geen on pärilikkuse ühik, ta kujutab endast DNA molekuli osa, mis määrab ära teatud tunnuse kujunemise. Geen sisaldab ca 600 nukleotiidipaari. Geenid kontrollivad kindlate valkude sünteesi ja mõjutavad ühe või teise tunnuse arengut.
KOROMOSOOMID MITOOSIS JA MEIOOSIS Kromosoomid interfaasis
Interfaasses rakutuumas on kromosoomid despiraliseerunud ja moodustavad pikki peeni niite . Kromosoomide kuju, suurust ja arvu pole selles staadiumis võimalik eristada. Seetõttu räägitakse interfaasse tuuma puhul kromatiinist ehk kromatiinisubstantsist. Kromatiini kõrval on interfaasses tuumas nähtav tuumake , kus sünteesitakse ribosoomi RNA-d. Interfaasis on rakutuum metaboolselt kõige aktiivsem. Sel ajal toimuvad seal järgmised protsessid: 1. Presünteetiline staadium (G1) ­ toimub intensiivne RNA ja valgusüntees ja raku kiire kasvamine 2. Sünteesistaadium (S) ­ toimub DNA replikatsioon, mistõttu faasi lõpus on rakk DNA hulgalt tetraploidne 3. Postsünteetiline staadium (G2) ­ toimub ettevalmistus mitoosiks ehk raku jagunemiseks. Sünteesitakse mitoosikäävi moodustavaid valke.
13 Kromosoomid mitoosis
Mitoosiga ehk raku jagunemisega jaotatakse emarakkudes sisalduv geneetiline informatsioon võrdselt tütarrakkude vahel. Profaas ­ kromatiinniidid lühenevad ja paksenevad. Kromosoomid spiralisee- ruvad ja lühenevad ning muutuvad jämedamaks. Tuumake kaob ja tuumamembraan laguneb. Hakkab moodustuma mitoosikääv raku poolustele lahknenud tsentrioolide vahele. Kromosoomid hakkavad liikuma ekvatoriaaltasapinna suunas. Metafaas ­ kromosoomid on koondunud ekvatoriaaltasapinnale moodustades nn ekvatoriaalplaadi. Sellel tasapinnal asuvad kaht kromatiidi ühendavad tsentromeerid . Selles faasis on võimalik uurida kromosoomide morfoloogiat ja nende arvu ehk isendi karüotüüpi. Tsentromeer kujutab endast kromosoomi ahenenud osa mida nimetatakse primaar- tsooniks. See jaotab kromosoomi kaheks osaks. Tsentromeeri asendist tingituna võivad kromosoomi õlad olla erineva pikkusega. Eristatakse akrotsentrilisi (üks õlg teisest tunduvalt väiksem), submetatsentrilisi (üks õlg teisest väiksem), metatsentrilisi (õlad ühepikkused) ja telotsentrilisi (ühe õlaga) kromosoome.
Keharakkudes on kõrgematel organismidel (taimed, loomad) kromosoomiarv diploidne (2n), mis tähendab, et iga kromosoom (kindlaid tunnuseid määrav DNA molekul) on dubleeritud ­ esineb kahes eksemplaris. Suguliselt sigivatel loomadel on sugurakkudes igast homoloogsete kromosoomide paarist vaid üks kromosoom ja sellist kromosoomide arvu nimetatakse haploidseks arvuks (n). Üks kromosoomipaar on lahksoolistel liikidel sugupooliti erinev ja seda nimetatakse sugukromosoomide ehk gonosoomide (heterosoomide) paariks. Selles kromosoomipaaris on ühel sugupoolel (imetajatel isastel, lidudel emastel) kromosoomid erinevad. Kõikides ülejäänud kromosoomipaarides ­ autosoomsetes paarides on homoloogsed kromosoomid oma kujult ja suuruselt sarnased. Haploidset kromosoomikogumit nimetatakse genoomiks. Olenevalt liigist varieerub metafaassete kromosoomide pikkus 1...20 µm ja nende läbimõõt on 0,2...2 µm. Kui metafaased kromosoomid (fotod) paigutada suuruse järgi homoloogsete paaridena ritta , siis saame süstematiseeritud pildi, mida nimetatakse karüogrammiks. Anafaas . Tsentromeeridega seostud käävniidid lühenevad, mistõttu tütarkromatiidid eralduvad üksteisest ja liiguvad raku pooluste suunas ning replikatsioonil tekkinud DNA molekulid eralduvad üksteisest. Telofaas . Kaob mitoosikääv, kromosoomid despiraliseeruvad, tekib tuumake ja tuumamembraan. Kogu mitootiline tsükkel kestab loomsetel rakkudel kuni 24 tundi, millest interfaas haarab põhiosa ja mitoos ainult 30...60 minutit.
14 Mõnede loomaliikide kromosoomiarv Kromosoomiarv Liik Ladinakeelne nimetus n 2n Malaariaplasmoodium Plasmodium malariae 1 2 Hobusesolge Ascaris megalocephala 2 4 Jõevähk Astacus fluviatilis 58 116 Siidiliblikas Bombyx mori 28 56 Sääsk Culex pipiens 3 6 Äädikakärbes Drosophila melanogaster 4 8 Toakärbes Musca domestica 6 12 Mesilane Apis mellifera 16 32 Karpkala Cyprinus carpio 52 104 Kana Gallus domesticus 39 78 Pärlkana Numida meleagris 38 76 Kalkun Meleagris gallopavo 41 82 Hani Anser domesticus 41 82 Part Anas domesticus 40 80 Hiir Mus musculus 20 40 Rott Rattus norvegicus 21 42 Merisiga Cavia porcellus 32 64 Küülik Oryctolagus cuniculus 22 44 Siga Sus domesticus 19 38 Lammas Ovis aries 27 54 Kits Capra hircus 30 60 Pühvel Bubalus bubalis 24 48 Veis Bos taurus 30 60 Jakk Poephagus grunniens 30 60 Eesel Equus asinus 31 62 Hobune Equus caballus 32 64 Naarits Mustela vison Brisson 15 30 Kass Felis catus 19 38 Koer Canis familiaris 39 78 Rebane Vulpes vulpes 19 38 Reesusmakaak Macaca mulatta 21 42 Simpans Pan troglodytes 24 48 Inimene Homo sapiens 23 46
15 Mitootilise tsükli erinevate osade ajaline jaotus on järgmine: G1 30-50%; S 30-40%; G2 10- 20%; M 5-10%.
Kromosoomid meioosis
Suguliselt sigivate organismide elutsükkel algab seemneraku ja munaraku tuuma ühinemisel ­ viljastumisel. Viljastumisel moodustuvas sügoodis e isendis pärinevad seega pooled kromosoomid (üks homoloog igas paaris) isalt ja pooled emalt. Selleks, et vältida kromosoomiarvu kahekordistumist igal viljastumisel, on evolutsiooni käigus välja kujunenud meioos. Meioosi tagajärjel väheneb sugurakkude kromosoomiarv kaks korda, muutub haploidseks. Sugurakkudes sisaldub igast kromosoomipaarist üks kromosoom. Ka DNA sisaldus väheneb 2 korda. Meioosiprotsessis toimub kaks teineteisele järgnevat tuumajagunemist, kusjuures DNA replikatsioon toimub ainult üks kord (I etapis ). Meioosi I etapil (reduktsioonjagunemisel) toimub DNA replikatsioon ning homo- loogsed kromosoomid jaotatakse tütarrakkude vahel ilma, et kromatiidid lahkneksid. Alles meioosi II etapil (ekvatsioonjagunemisel) toimub tütarkromatiidide lahknemine .
16 Nii moodustub loomadel ühest diploidsest rakust 4 haploidset rakku. Sugurakkude ühinemisel viljastumisel taastub kromosoomide diploidne arv ning sügoodi jagunemisega mitoosi teel areneb jälle diploidne organism. Nii loovad meioos ja viljastumine võimaluse eri kromosoomipaaride geenikombinatsioonide ümberkorraldamiseks ­ rekombinatsiooniks. Lisaks interkromosoomsele rekombinatsioonile toimub meioosis krossingover ehk ristsiire ­ geneetilise materjali vahetus homoloogsete kromosoomide vahel, mille tagajärjel muutuvad ühte kromosoomi aheldunud geenide kombinatsioonid (intrakromosoomne rekombinatsioon ).
SUGUKROMOSOOMID JA SUGUPOOLE GENEETILINE DETERMINATSIOON
Sugukromosoomid ja soo määramine Kromosoomide käitumise uurimine meioosis ja viljastamisel viis järeldusele, et kromosoomides paiknevad geenid ja see omakorda andis vastuse küsimusele, kuidas toimub soo määramine. Kuni 20. sajandini püstitati soo määramise kohta rida hüpoteese ja alles tsütogeneetika arenemisega seostati soo määramine kromosoomidega. Eristatakse kolme soo määramise tüüpi: 1) epigaamne - sugu määratakse pärast viljastamist. Soo arenemine oleneb keskkonnast, kus arenev organism kasvab. Näit. väike meres elutsev uss Bonellia elutseb tunduvalt suurema emase emakas. Kui vabalt ujuv tõuk kinnitub emase tagakeha külge, areneb ta emaseks, kui ta satub aga emase iminappa, siis sealt eralduvate ainete tõttu areneb ta isaseks. Hiljem satub ta emase suguelunditesse ja hakkab viljastama valmivaid munarakke.
17 2) progaamne - sugu määratakse enne viljastumist. Sellistel ussidel munevad emased kahesuguseid mune: suuri, mis sisaldavad hulgaliselt tsütoplasmat ja väikesi, vähese tsütoplasmaga mune. Pärast viljastamist arenevad esimestest emased, teistest isased. 3) sügaamne - sugu määratakse viljastamise momendil . See esineb enamikul erisoolistel isenditel. Soo määramine ei olene sel juhul väliskeskkonnast.
Sugupool määratakse kõrgematel organismidel sugukromosoomidega ehk gono- soomidega. 19. sajandi lõpul avastati mõnedel putukatel karüotüübis isesugused kehakesed, kusjuures emastel olid nad teistmoodi kui isastel. Selle avastuse tähtsust ei mõistetud kohe, sest seni püsis arvamus, et sugupoolel pole kromosoomidega midagi ühist. Ameerika tsütoloogid Wilson ja Stevens nimetasid 1905. a omapärase kehakese X- kromo - soomiks. Nii avastati soomääramise XX-X0 süsteem, mis esineb paljudel putukatel. Meioosi tagajärjel satub neil munarakku alati X-kromosoom, pooltes spermides on X-kromosoom, pooltes aga puudub. Samal, 1905. a leidsid Wilson ja Stevens teistel putukatel, et isastel esineb ühele X-kromo- soomile lisaks veel sellega paaris olev väiksem kromosoom. See nimetati Y-kromosoomiks. Isastel ja emastel oli kromosoomide arv võrdne. See soomääramise XX-XY-süsteem on levinud paljudel liikidel: putukatel, imetajatel, paljudel taimedel ning ka inimesel. Nii XX-X0 kui ka XX-XY-süsteemi korral on isane heterogameetseks sugupooleks (moodustab kaht tüüpi sperme - X0 või XY), emane aga on homogameetne (kõik munarakud sisaldavad X-kromosoomi -XX).
Kuna X- ja Y - kromosoomidega spermide moodustumise tõenäosus on võrdne (50%), siis peab ka isas - ja emassugupoolega järglasi sündima võrdselt. Ka tegelikkuses on see nii. Sugukromosoomidega määratakse primaarsed sugutunnused (sugunäärmete ehk gonaadide areng). Lindudel, roomajatel ning kaladel ja liblikatel on heterogameetseks sugupooleks emased.
18 Selleks, et eristada sellist soomääramise tüüpi eelnevatest, tähistatakse nende sugukromosoome e gonosoome isastel ZZ ja emastel ZW. Ligilähedane sellele soomääramise tüübile on ZZ-Z0 tüüp mõnedel liblikatel, kus emastel on ainult üks sugukromosoom (Z0) ja isastel mõlemad kromosoomid (ZZ). Imetajatel (ka inimesel) määrab Y-kromosoom alati isassugupoole arengu, vaatamata sellele, kas isendil on üks või mitu X-kromosoomi (sugukromosoomidega XY, XXY, XXXY isendid on alati isased).
Partenogenees on embrüo arenemine viljastamata munarakust. Vastavalt sellele, kas lähterakk on haploidne või diploidne, eristatakse haploidset ja diploidset partenogeneesi. Tõeline partenogenees on haploidne. Diploidne partenogees on sisuliselt apomiksis. Partenogenees on normaalseks nähtuseks isasmesilaste (leskede) arengus. Viljastamata munast areneb somaatiliselt haploidne (n) lesk , kellel spermiogoonid on haploidsed (n) ja kes produtseerib haploidseid sperme. Sugurakkude küpsemisel toimub neil muundunud meioos: esimesel jagunemisel satuvad kõik kromosoomid ühte rakku, tuumata pool hävib; teine jagunemine kulgeb nagu tavaliselt - kõik kromosoomid pikipoolduvad, kromosoomid lahknevad. Kui mesilasema on seemendatud üks kord isasmesilaste poolt siis tal säilivad seemnerakud spetsiaalses seemnehoidlas. Suurem osa kärjekanne on sobiva suurusega emaste mesilaste ehk tööliste jaoks. Kui mesilasema muneb nendesse kärjekannudesse, ühineb mõni seemnerakk munetava munaga ja munast areneb emane mesilane. Mõned kärjekannud on aga suuremad ja sobivad isasmesilaste arenemiseks. Kui mesilasema muneb nendesse kärjekannudesse, siis suleb ta ka seemnehoidla ava ja seemnerakud ei pääse sealt välja. Nii munetakse viljastamata mune, millest arenevad lesed . Mesilasema areneb siis, kui töömesilase kärjekannu suuren - datakse ja vastset toidetakse erilise toiduga. Mesilasema munasarjades on ligikaudu 500000 munarakku. Üks lesk produtseerib kesk- miselt 10 miljonit spermi. Mesilasema paarub tavaliselt 7.-10. elupäeval pärast koorumist. Lesed saavad suguküpseks 12.-14. elupäeval. Kui mesilasema hukkub, väheneb pere arvukus ja korjevõime, töölistel hakkavad ühe kuu pärast arenema munasarjad ning nad hakkavad munema viljastamata mune; nad muutuvad nn vääremadeks.
19 Mesilasemal ja töömesilastel on nii keha- kui sugurakkudes diploidne kromosoomistik (2n=32). Leskedel (st sigimisvõimelistel isastel) on nii keha- kui sugurakkudes haploidne kromosoomistik (n =16). Mesilastel ja ka sipelgatel sugukromosoomid puuduvad. Nendel on geneetiline lookus - x-lookus, ehk x-geen, mis kindlustab soo määramise tükk aega enne partenogeneesi. Sellel geenil on hulgaliselt alleele (12...25). Emastel, st emal ja töömesilasel on 2 sooalleeli ja nad on nende suhtes heterosügootsed (x x ). Leskedel on üks sooalleel (xc) ja nad on haploidsed. a b
xaxb × xc xaxc, xbxc ema (2n = 32) lesk (n =16) emased järglased
xaxb xa ja xb partenogenees isased järglased Leskede sugurakkudesse jääbki 16 kromosoomi. Meioosis lähevad kõik 16 kromosoomi ühte sugurakku ; teine sugurakk jääb nendest ilma ja hävib. Emamesilane on pärinud 16 kromosoomi emalt ja 16 isalt. Emamesilase poolt munetud munasse satub kas emalt või isalt saadud kromosoomide komplekt. See tähendab, et pooled munetud munadest saavad ema alleeli (geeni), pooled isa alleeli (geeni). Erinevatel emadel ja leskedel on külvis palju erinevaid sooalleele (geene). Sellepärast viljastatakse enamikul juhtudel ühe alleeliga muna teist soogeeni kandva spermiga. Selle tagajärjel tekib heterosügoot, kellest koorub normaalne emane (xaxb). Kui tekib homo- sügootne diploidne emane isend (xaxa või xbxb), süüakse see ära.
Mesilasemad on sigimisvõimelised ja töömesilased sigimatud emased. Lesed on sigimis- võimelised isased. Lesed arenevad ema viljastamata munadest (kannavad emapoolseid tunnuseid st emalt saadud geneetilist infot); töömesilased ja ema arenevad viljastatud munadest (pärivad nii ema kui ka leskede omadusi st kannavad emalt ja isalt saadud geneetilist infot). Ema ja lesed ei tegele otseselt toodangu andmisega, kuid mõjutavad seda järglaste genotüübi st töömesilaste kaudu. Töömesilased määravad pere toodangunäitajad (v.a ema viljakus), kuid ei võta osa järglaste saamise sugulisest protsessist ja nendele geneetilise info edasiandmisest.
20 TUNNUSE MUUTLIKKUS. MUTATSIOONITEOORIA.
Tunnuse muutlikkus Tunnuse all mõistetakse organismi morfoloogilisi, füsioloogilisi ja biokeemilisi iseärasusi, mille järgi määratakse erinevate organismide erinevust ja sarnasust . Geneetikas on kõik tunnused jaotatud kvantitatiivseteks ja kvalitatiivseteks tunnus- teks.
1. Kvantitatiivsete tunnuste alla kuuluvad isendi suurus (mõõtmed), elusmass, varavalmivus , produktiivsus, konstitutsioonitüüp jne - st sellised tunnused, mis leitakse mõõtmise, loendamise ja arvutamise teel. Suurusi väljendatakse ühikutes kg, t, tk, cm, m, % jne ning koefitsientidena. 2. Kvalitatiivsed tunnused on niisugused, mille poolest isendid erinevad üksteisest välimuselt - värvus, sarvede, kõrvade kuju jm. Silma järgi on isendeid lihtsam hinnata kvalitatiivsete tunnuste alusel. Kvantitatiivsete tunnuste alusel hindamine on täpsem isendite mõõtmise, kaalumise jms järel, st pärast arvutamist. Enamik koduloomade majanduslikult kasulikke omadusi, nagu suurus, elusmass, varavalmivus, produktiivsus jne. on määratud polügeenselt st korraga mitme erineva geeni poolt. Seetõttu ongi põllumajandusloomade geneetikas valdav enamus uurimistöid ja praktilise selektsiooni probleeme seotud just kvantitatiivsete tunnustega. Geneetilist erinevust loomade vahel ei ole võimalik otseselt mõõta, võrrelda saab vaid suure arvu geenide keskmist mõju populatsioonide keskmiste ja isendite omaduste variatsioonide kaudu. Geenide keskmisele koosmõjule alluvat tunnuste pärilikkust vaadeldakse kui statistilist probleemi, mis on käsitletav tõenäosusteooria seaduspärasuste abil, kusjuures genotüüpe vaadeldakse kui tervikuid, eristamata üksikute geenide mõju. Geneetikas käsitletakse ka organismide muutlikkust ehk variatsiooni. Muutlikkus on oma olemuselt kahesugune: - pärilik (geneetiline) ja - mittepärilik (mittegeneetiline).
Pärilik muutlikkus on tingitud geneetilise info (pärilikkuse) erinevusest isendite vahel. See võib olla põhjustatud geneetilise info materiaalse aluse (DNA ja kromosoomide) muutumisest (mutatiivne muutlikkus) või informatsiooniüksuste (geenide) erinevatest kombinatsioonidest ( kombinatiivne muutlikkus). Sugulisel sigimisel säilivad põlvest põlve ainult mutatsioonid, geenikombinatsioonid uuenevad aga igal viljastumisel, st igas põlvkonnas. Pärilik muutlikkus on evolutsiooni aluseks, selle materjaliks. Keskkonnatingimused võivad modifitseerida organismi tunnuste avaldumist ontogeneesi jooksul (fenogeneesi) tema reaktsiooninormi piires. Need elutingimustest põhjustatud tunnuste muutused ei pärandu järgnevale põlvkonnale, sest nendega ei kaasne geneetilise info samasuunalist muutumist. Geneetiline informatsioon võib üksikutes rakkudes muutuda vaid juhuslikes suundades, seda niisuguste tugevatoimeliste keskkonnategurite - mutageensete faktorite mõjul nagu ioniseeriv kiirgus ja mõned keemilised ained.
Mittepärilik muutlikkus jaguneb: a) modifikatsiooniline b) paratüübiline
21 a) Modifikatsiooniline muutlikkus tekib organismidel keskkonnatingimuste mõjul. Selline muutlikkus ei kandu edasi järglastele. Iga organismi mõjustab keskkond erinevalt. Päris ühesuguse genotüübiga loomi praktiliselt pole, erandiks on ainult ühemunakaksikud. Nendel loomadel saab ka uurida keskkonna mõju mingile tunnusele. Kui näiteks ühemunakaksikud panna elama erinevatesse keskkonnatingimustesse (söötmis- ja pidamistingimustesse), saab teada, kuidas söötmine ja pidamine muutsid nende piimatoodangut. Erimunakaksikute paigutamisel ühesugustesse tingimustesse näeme genotüübi erinevusest tingitud tunnuse muutumist. Iga organism (loom) vajab oma arenguks kindlaid tingimusi (kindel t°, sööt jne). Kui neid ei ole või kui organism ei saa endale vajalikku õigel ajal ja õiges vahekorras, tekivad arengus muutused. Muutused võivad olla isegi pöördumatud. Organismi kõik tunnused ei reageeri keskkonnatingimustele ühtviisi. Organismi mõõtmed, kaal, toodang muutuvad sagedamini kui näiteks tema morfoloogilised omadused (tunnused) - karvavärvus, karva pikkus, lokkis - sile karv jne. Kasvavat (arenevat) organismi saab keskkonnatingimustega mõjutada ning üht või teist tunnust soovitud suunas juhtida. Põllumajandusloomadel võib kohata (pikaajalisi) modifikatsioone, mis võivad esineda mitmes põlvkonnas. Näiteks: kui looma (vasika) ema oli üles kasvanud väga kehvades söötmis-pidamistingimustes ning loom ( vasikas ) oli sellepärast tugevasti alaarenenud, siis ka selle looma enda järglane võib kanda mõningaid alaarenemise märke. See avaldab mõju järgmisele põlvkonnale. Kulub mitu põlvkonda, kuni looma tervis ja toodanguvõime normaliseerub.
b) Paratüübiline muutlikkus on tingitud looma vanusest , tervisest, sugupoolest.
Pärilik muutlikkus jaguneb: a) kombinatiivne c) korrelatiivne b) mutatsiooniline
1. Pärilik muutlikkus a) Kombinatiivne muutlikkus tuleb esile, kui omavahel ristatakse erinevatesse tõugudesse kuuluvaid loomi või erinevaid taimesorte (taimeliike). Sellise ristamise tagajärjel tekivad uued geenikombinatsioonid; tekivad tunnused ja omadused, mis vanematel puudusid. Kombinatiivne muutlikkus on suure väärtusega, sest ergutab saama uusi loomatõuge ning taimesorte või parandama olemasolevaid tõuge (madalatoodangulisi loomi ristatakse kõrgetoodanguliste loomadega ).
b) Korrelatiivne muutlikkus - organismi arenemine toimub pärilike faktorite ja keskkonnatingimuste mõjul, nö nende kontrolli all. Ühe organi või koe areng kutsub esile ka teiste, sellega füsioloogiliselt ja anatoomiliselt seotud organite ja kudede arenemise. Näiteks: südame arenemine (kasv) kutsub esile muutused vereloomeorganites ning tagab kudede ja organite varustamise verega (toitainetega). Organite omavahelised suhted (seosed) võivad olla positiivsed või negatiivsed. Positiivsed on nad sel juhul, kui ühe tunnuse areng kutsub esile ka teise tunnuse arengu. Negatiivsete seoste puhul aga, vastupidi, ühe tunnuse areng pidurdab teise tunnuse arengut (teket).
c) Mutatsiooniline muutlikkus on see, kui organismil on tekkinud juhuslik, täiesti uus omadus, tunnus, mida ei ole esinenud tema vanemail. Mutatsioon on organismi pärilikkuse materiaalsete kandjate muutustest tingitud pärilik muutlikkus. Mutatsioonid on tekkinud
22 päriliku materjali muutumisel, st päriliku info muutumisest ja selle väärast edasiandmisest. Sellised muutused antakse edasi ka järglastele. Need iseärasused, mille poolest koduloomad erinevad metsikutest loomadest, ongi tekkinud mutatsioonide tagajärjel, st. loomadega evolutsiooni käigus toimunud muutustest. Näiteks karusloomakasvatuses; loomadel tekkis varsti pärast puuripanekut erinev karvavärvus, st tekkisid mutatsioonid. Looduses on mutatsiooniline muutlikkus tihedalt seotud kombinatiivse muutlikkusega ja nad annavad uut materjali looduslikule ning kunstlikule valikule. Mõistet mutatsioon kasutas esimesena H. de Vries (1901), mõistes selle all päriliku tunnuse kvalitatiivset muutust. Mutatsioonide materiaalne alus oli aga tollal tundmata. Pärilike muutustega isendeid hakati nimetama mutantideks. Edasine uurimistöö näitas, et mutatsioone esineb kõigil organismidel. Mutatsioone tekib nii normaaltingimustes (spontaanselt) kui ka mõne tugeva keskkonnateguri toimel (indutseeritud mutatsioonid). Nad võivad olla somaatilised , generatiivsed, dominantsed ja retsessiivsed . Somaatiliste mutatsioonide korral on ühel ja samal isendil normaalsete rakkude kõrval olemas ka mutantsed rakud . Sel juhul räägitakse geneetilisest mosaiiksusest. Mosaiiksuse näiteks võib tuua punase karvkattelaigu esinemise mustakirju tõul, samuti polüploidsete rakkude arenemise mõnes kehaosas või organis (sellised rakukloonid erinevad tavaliselt ühe või mitme kromosoomi poolest).
Mutatsioonid jagunevad geeni toime iseloomu järgi järgmiselt:
Amorfsed mutatsioonid (tingivad tunnuse kadumise) Hüpomorfsed (nõrgendavad tunnust) Hüpermorfsed ( tugevdavad tunnust) Antimorfsed ( toimivad vastupidises suunas) Neomorfsed (tingivad uue tunnuse)
Amorfse mutatsiooni korral jääb genoomist tingitud tunnus välja arenemata. Selliseks mutatsiooniks on albinism, karvkatte ja hammaste puudumine veisel ja koeral , jalgade puudumine lambal ja seal, saba puudumine lindudel ja hiirtel jne. Homosügootses olekus on amorfne mutatsioon sageli letaalne ja sellega on seletatav suur embrüote hukkumine.
Hüpomorfse mutatsiooni korral nõrgeneb mingi tunnuse väljendusaste võrreldes esialgse tüübiga. Vähenenud on selliste fermentide aktiivsus, mis kontrollivad (reguleerivad) tunnuse arengut. Selliseks mutatsiooniks on kääbuskasv loomadel, juuste ja karvade värvuse nõrgenemine, silmade ja pea mittetäielik väljaarenemine (väikesed silmad ja pea). Letaalseks hüpomorfseks mutatsiooniks on hobusel ja veisel naha osaline arenematus. Mõnedel juhtudel ei kutsu hüpomorfsed mutatsioonid esile negatiivseid tagajärgi nende kandjale. Nii näiteks kasutatakse rebasekasvatuses karvavärvuse erinevaid toone naha hinna tõstmiseks. Selektsionäärid kasutavad hüpomorfseid mutatsioone teadlikult karvavärvuse erinevate toonide saamiseks.
Hüpermorfse mutatsiooni korral tugevneb tunnuse väljendus. Kui hüpermorfne mutatsioon toimub raku tasemel, siis mõjub ta organismile halvasti; näiteks kaasneb mõne fermendi aktiivsuse tõusuga lihaserakkudes lihaste alaareng .
23 Organismi kui terviku tasemel võivad hüpermorfsed mutatsioonid suurendada organismi mõõtmeid ( gigantism ), suurendada lehma piimatoodangut 20000 kg-ni aastas, panna kana iga päev munema.
Antimorfse mutatsiooni korral muutub oluliselt tunnuse iseloom. Näiteks võib ühe iseloomuliku värvuse asemele ilmuda hoopis teine. On teada, et fermentidele mõjuva mürgi toime vastu moodustub organismis rida mutatsioone, mis viivad fermendid oma algse ja õige tegevuse juurde tagasi. Antimorfseks mutatsiooniks on imetajate higinäärmete muutumine piimanäärmeiks.
Neomorfse mutatsiooni korral areneb täiesti uus tunnus. Neomorfne mutatsioon domineerib sel juhul esialgse tunnuse üle. Selliseks mutatsiooniks oli klorofülli tekkimine taimedesse ja hemoglobiini tekkimine looma organismi. Neomorfsed mutatsioonid kutsusid esile seljaaju ja peaaju tekkimise primaatidel.
Mutatsioonid jagunevad genoomile mõjumise astme järgi järgmiselt: - geenmutatsioonid (ehk DNA struktuuri muutused), - kromosoommutatsioonid (kromosoomide struktuuri muutused), - genoommutatsioonid (liigi normaalse kromosoomiarvu muutused).
Kromosoommutatsioonid Kromosoommutatsioonideks loetakse kromosoomide struktuuri ja arvu muutused, ehkki siin ei ole enamasti tegemist geneetilise informatsiooni (DNA nukleotiidijärjestuse) muutu- sega. Karüotüübianomaaliad jaotatakse kahte ossa: 1) kromosoommutatsioonid ehk kromosoomide struktuuri muutused; 2) genoommutatsioonid ehk heteroploidsus s.o liigi normaalse kromosoomiarvu muutused. Arvatakse, et ligikaudu 25% spontaansetest abortidest on tingitud karüotüübianomaaliatest.
Kromosoommutatsiooni tüübid Sõltuvalt kromosoomi struktuuri muutumise iseärasustest jaotatakse kromosoom- mutatsioonid nelja tüüpi: - deletsioonid e kaod; - duplikatsioonid e kahekordistumised; - inversioonid e ümberpöördumised; - translokatsioonid e ümberpaiknemised.
Deletsiooni puhul kaotab kromosoom osa kromatiinainest, st osa geene. Olenevalt asukohast jaotatakse deletsioon terminaalseks (otskadu) ja interstitsiaalseks ( sisekadu ). Esimese puhul katkeb kromosoom ühest kohast, teise korral aga kahest, kusjuures pärast kromosoomi vahemise osa eemaldumist ühinevad murdunud otsad uuesti. Tavaliselt uuritakse deletsioone hiidkromosoomidel.
24 Duplikatsioonideks nimetatakse mõne kromosoomiosa mitmekordistumist, mis tekib ühe homoloogse kromosoomi fragmendi liitumisel teise kromosoomiga.
Duplikatsioonid esinevad looduses sagedamini kui deletsioonid ja nad on harva letaalsed. Duplikatsioonide kaudu on võimalik uurida geenide kvantitatiivset toimet - nende arvu (doosi) suurenemisega kaasnevaid fenotüübilisi muutusi. Duplikatsioon kromosoomis tekib tavaliselt sellega homoloogse kromosoomi deletsiooni arvel (ühe homoloogse kromosoomi osa liitub teisega).
Inversiooniks nimetatakse kromosoomiosa pöördumist 180° võrra. Kromosoom peab ühest kohast katkema, et eraldunud geenide plokk ümber pöörduks. Inversiooni tagajärjel
25 muutub geenide järjekord normaalsega võrreldes vastupidiseks. Kui ümberpöörduv kromo- soomiosa sisaldab endas tsentromeeri, nimetatakse sellist inversiooni peritsentriliseks. Kui inversioon on toimunud kromosoomi ühes õlas ja tsentromeeri ei haara, nimetatakse seda paratsentriliseks.
Translokatsiooni e ümberpaigutumise puhul liitub kromosoomifragment mittehomoloogse kromosoomiga. Translokatsiooni tagajärjel muutuvad aheldunud geenirühmad.
Kromosoommutatsioonide teke ja tagajärjed
Kromosoommutatsioone esineb põllumajandusloomadel suhteliselt harva. Nende kohta pole täpseid andmeid, samuti ei ole selged nende tekkepõhjused. Kromosoommutatsiooniga sügoot ei arene tavaliselt normaalselt ja hävib embrüonaalse arengu esimestel staadiumitel.
Deletsioonid, aga ka paljud translokatsioonid on oma toimelt enamasti letaalsed (surmavad). Deletsioonid põhjustavad organismi eluvõime langust ja sigimishäireid, olenevalt sellest, milline oli kaotatud geenide funktsioonraskus.
Duplikatsioonide fenotüübiline efekt on suhteliselt nõrk. Suuremad duplikatsioonid alandavad eluvõimet ja häirivad sigimist.
Inversioonidel arvatakse olevat oluline tähtsus evolutsioonis , sest see võib põhjustada liigisisese isolatsiooni (viljastamatuse).
Translokatsioonide tähtsus evolutsiooniprotsessis on vaieldamatu, sest nende tagajärjel võivad tekkida uued karüotüübid. Muutunud kromosoomidega isendid võivad aga mõnikord paremini kohaneda keskkonnatingimustega ja rohkem paljuneda, andes aluse uue liigi moodustumiseks. Translokatsioone on suhteliselt palju uuritud ka põllumajandusloomadel. Kõige suuremaks probleemiks on olnud 1/29 Robertsoni translokatsioon Rootsis. Translokatsioon võib tekkida ka kahe akrotsentrilise (ühed kromosoomi õlad teistest tunduvalt lühemad) kromosoomi ühinemisel (Robertsoni translokatsioon): kromosoomide tsentromeerid ühinevad üheks ja mittehomoloogilised kromosoomid liituvad. Veistel ühinevad suur (A1) ja kõige väiksem (A29) kromosoom. Fenotüübiliselt seostub Robertsoni translokatsioon veistel sigimishäiretega ja leukoosiga, kitsedel interseksuaalsusega ning lammastel sugunäärmete alaarengu ja steriilsusega. Kromosoommutatsioonid ei teki ainult spontaanselt, vaid neid võib tekitada ka kunstlikult - ioniseeriva kiirguse ja keemiliste ainetega. Kromosoommutatsioonide sagedus sõltub eelkõige kromosoomide füüsikalise ja keemilise oleku muutustest, aga ka kogu organismi füsioloogilisest seisundist.
Genoommutatsioonid (heteroploidsus)
Kõikidel loomaliikidel on kindel kromosoomiarv - diploidne keharakkudes ja haploidne sugurakkudes. Normaalset haploidset kromosoomistikku või kõiki nendes kromosoomides paiknevaid geene, mis pärandatakse järglasele ühelt vanemalt, nimetatakse genoomiks.
26 Genoommutatsioon (heteroploidsus) tähendab aga kromosoomide normaalse arvu muutumist (genoomi muutust), kusjuures geenide ja kromosoomide sisemine struktuur võib jääda muutumatuks või olla muutunud (geen- ja kromosoommutatsioonide tõttu).
Genoommutatsioonid jaotatakse kahte tüüpi: 1) euploidsus - haploidse kromosoomiarvu kordne suurenemine või vähenemine; 2) aneuploidsus - kromosoomiarvu suurenemine või vähenemine mõne kromosoomi võrra, mis pole haploidse arvu kordne.
Nii euploidsus kui ka aneuploidsus võib põhjustada fenotüübi muutusi ja osa heteroploidsuse tüüpe omab evolutsioonilist tähtsust.
Euploidsus Monoploidsete (haploidsete) organismide karüotüüp moodustub ühest genoomist - iga kromosoomi on neil ainult üks (kromosoomiarv n). Diploidsetel organismidel on aga igast kromosoomist (teatavaid tunnuseid määravate aheldunud geenide rühmast) kaks eksemplari (kromosoomiarv 2n). Seejuures võib diploidne kromosoomistik pärineda ühelt liigilt (ühetaoline: 2n) või on see moodustunud kahe lähedase liigi hübridiseerimisel (erinevate genoomide ühinemisel: n1 + n2). Viimasel juhul nimetatakse isendeid diploidseteks hübriidideks. Kui isendil on üle kahe genoomi, nimetatakse neid polüploidseteks. Ühe liigi piires tekkinud polüploide (ühetaoliste genoomidega ­ näit. AAAA-, kus A tähistab ühte genoomi) nimetatakse autoploidideks (autopolüploidideks). Erinevate liikide hübrididseerimisel, kui lähtevormid on polüploidsed, tekivad nn alloploidid (allopolüploidid) (mitu erinevat genoomi - näit. AABB). Esineb ka autoalloploide (AAAABB). Kuna kromosoomiarv võib muutuda nii organismi somaatilises kui ka generatiivrakkudes või viljastatud munarakus ehk sügoodis, on polüploidsus kas 1) mitootiline, 2) sügootne või 3) meiootiline.
Mitootilise polüploidsuse all mõistetakse polüploidsete kudede ja organismide teket somaatilistest rakkudest. Rakud on polüploidsed vaid organismi selles osas, mis areneb polüploidsest lähterakust. Niisugune organism on kromosoomiarvu poolest kimäärne. Kui polüploidsetest rakkudest arenevad vegetatiivse või generatiivse paljunemise organid , siis on ka neist saadud järglaskond polüploidne.
Sügootne polüploidsus. Polüploidsus tekib sügoodi esimesel pooldumisel. Niisugusel juhul osutuvad kõik idu- (embrüo) rakud ja idust arenev taim polüploidseks.
Meiootiline polüploidsus. Meioosihäirete tõttu võivad tekkida mitteredutseerunud (diploidsed) gameedid . Nende ühinemisel normaalse gameediga saadakse polüploidne sügoot. Kuna polüploidsed taimed on kiirekasvulised ja suuresaagilised ning reageerivad hästi soodsatele kasvutingimustele, siis on paljud sordiaretajad pööranud tähelepanu polüploidsete vormide otsingule ja aretamisele. Kunstlikuks polüploidiseerimiseks on kasutatud peamiselt kemikaale, mis häirivad normaalset rakupooldumist.
27 Euploidide rida on järgmine: n - monoploidid (ABC) 2n - diploidid (AABBCC) 3n - triploidid (AAABBBCCC) 4n - tetraploidid (AAAABBBBCCCC) 5n - pentaploidid (AAAAABBBBBCCCCC) 6n - heksaploidid (AAAAAABBBBBBCCCCCC) 8n - oktoploidid (AAAAAAAABBBBBBBBCCCCCCCC) 10n - dekaploidid (AAAAAAAAAABBBBBBBBBBCCCCCCCCCC). Esitatud reas tähistavad A, B ja C kolme erinevat kromosoomi. Monoploidsust (haploidsust) esineb loomadel harva ja seda loetakse anomaaliaks. Erandiks on siin isasmesilased - lesed, kellel haploidne kromosoomiarv on normaalne. Lesed arenevad emasmesilase viljastamata munadest partenogeneesi teel. Monoploidsus võib diploidsetel loomadel tekkida viljastusprotsessi häirete tagajärjel: munarakk võib hakata arenema viljastamata, ilma spermi osavõtuta (tõeline partenogenees). Sperm võib osaleda munaraku aktivatsioonil, kuid karüogaamiat (munaraku ja spermi tuuma ühinemist) ei toimu (günogenees); munaraku kromosoomid (tuum) asenduvad spermi omadega (androgenees).
Autoploidseid isendeid esineb taimedel sageli, loomadel aga väga harva. Nad võivad tekkida kahel teel: reduktsioonpooldumise häirete tõttu (kromosoomipaarid ei lahkne ja moodustuvad diploidsed gameedid) või polüploidsete vanemate ristamisest di- või polüploidsetega (näit. tetraploidse ja diploidse ristamisest võib saada triploidse isendi). Autoploide tekib looduses suhteliselt harva, kuid neid on kerge saada kunstlikult, kasutades kolhitsiini (saadakse sügislillest Colchicum autumnale) või sünteetilisi aineid. Kolhitsiin põhjustab nn kolhitsiinmitoosi (k-mitoos), paralüüsides kromosoomide liikumise raku poolustele (takistab mitoosikäävi moodustumist). Autoploidid saadakse niisuguste diploidide kromosoomiarvu kahe- või mitmekordistamise teel. Vastupidi, st mida heterosügootsemad ja steriilsemad on lähtediploidid, seda viljakamad on neist saadavad autopolüploidid. Paljudes taimeperekondades esinevad polüploidide read. Nii näiteks on nisu perekonnas mitu liiki, milliseid kromosoomiarvu ja mõnede teiste tunnuste alusel võib jagada kolme rühma: üheteraline nisu diploidse kromosoomiarvuga (14 kromosoomi), kõva nisu 28 kromosoomiga (tetraploidne) ja pehme nisu 42 kromosoomiga (heksaploidne). Selline polüploidide rida esineb ka kaeral, maavitsalistel, roosidel ja teistel. Polüploidsed taimed on tavaliselt oma mõõtmetelt suuremad normaalsetest (diploidsetest), mis on tingitud nende rakkude suurenemisest. Real juhtudel on intensiivistunud RNA- ja valgusüntees. Ka on polüploidide kasvuperiood pikem ja õitsemisaeg hilisem. Lehed on polüploididel tumedama rohelise värvusega. Kui kromosoomiarv suureneb üle tetraploidse, tekivad sageli mitmesugused anomaaliad (kääbuskasv, kortsulised lehed jne.). Mitte alati ei kaasne polüploidsusega gigantsus. Tetraploidsed taimed on sageli eluvõimelisemad diploidsetest, vähem nõudlikud kesk- konnatingimuste suhtes (põua- ja külmakindlamad), suuremate õite ja viljadega. Paarisarvu genoomidega (4n, 6n, 8n) polüploidid (ortopolüploidid) on tavaliselt sigimisvõimelisemad, paaritu arvuga (3n, 5n - anortopolüploidid) aga enamasti steriilsed . Loomadel esineb autoploidsust harva. Koduloomade seas aga pole polüploidseid isendeid avastatud. Nende moodustumise tõenäosus on väga väike, sest sugurakkude moodustumisel toimub alati kromosoomiarvu reduktsioon (kromosoomide jagunemine tütarrakkude vahel). Kui juhuslikult ühel vanemal moodustubki diploidne gameet, siis selle viljastumise tõenäosus teise gameediga on väike, kohtumise tõenäosus teise diploidse gameediga võrdub praktiliselt nulliga. Nii võib loomadel väga harva esineda steriilseid triploide, kuid tetraploide ei
28 moodustu peaaegu kunagi. Polüploidsed loomad aga on alati steriilsed, sest neil ei arene normaalseid sugunäärmeid ja meioos on häiritud. Siia lisanduvad veel morfoloogilised väärarengud, mis kokku põhjustavad polüploidsete loomade halvema kohanemise ja nende hukkumise tavaliselt juba embrüonaalses staadiumis. Mõnedel selgrootutel loomadel (askariidid, vihmauss) tuntakse polüploidseid ridu. Polüploidsust esineb ka amfiibidel ja kaladel, samuti putukatel ja sisalikel . Polüploidsuse säilitamine nendel loomadel pole aga võimalik, sest polüploidsed isendid on sigimatud. Siidiussi autoploididel on emased sigivad , isased aga steriilsed. Imetajatel on avastatud triploidseid ja tetraploidseid sügoote, kuid need elavad ainult embrüonaalse staadiumi keskpaigani. Spontaansed (iseeneslikud) abordid imetajatel on mõnikord tingitud loodete tri- või tetraploidsusest.
Alloploidsed (amfiploidsed) isendid tekivad kahe liigi hübridiseerimisel. Tavaliselt moodustuvad nii allotetraploidid, kellel on kummastki liigist kaks genoomi. G. Karpetsenko (1928) sai uue liigi redise ja kapsa hübridiseerimisest. Kummalgi liigil on 18 kromosoomi (2n). Uuel liigil oli 9 kromosoomi kummastki liigist, kuid see oli sigimatu, sest erinevate liikide kromosoomid ei konjugeeru (pole homoloogseid osi).
Aneuploidsus
Üldreeglina lahknevad diploidse isendi homoloogsete kromosoomide paarid meioosis, mille tagajärjel moodustuvad haploidsed gameedid. Siiski esineb ka erandeid, kus mõned homoloogsed kromosoomid ei lahkne sugurakkude moodustumisel ja tekivad sugurakud kromosoomiarvuga n+1 või n-1. Selle nähtuse avastas C. Bridges 1916. aastal äädikakärbsel. Isastel puudus Y-kromosoom (X0-isased). Selliste gameetide ühinemisel võivad moodustuda isendid kromosoomiarvuga 2n + 1 või 2n - 1: esimestel on üks kromosoom ülearu, teistel aga puudu. Strickberger esitas 1968.a järgmise aneuploidide klassifikatsiooni:
Kromosoomiarv Aneuploidi nimetus Kromosoomipaarid 2n - 1 monosoomik AA BB C. 2n - 2 nullisoomik AA BB .. 2n + 1 trisoomik AA BB CCC 2n + 1 + 1 topelt -trisoomik AA BBB CCC 2n + 2 tetrasoomik AA BB CCCC
Esinevad veel pentasoomikud (2n+3), heksasoomikud (2n+4), septasoomikud (2n+4), jne. Ühe või mitme kromosoomi lisandumine või, vastupidi, puudumine kutsub organismis esile rea pöördumatuid muutusi. Isendi areng on häiritud; muutuvad need tunnused, milliseid antud kromosoomid määravad, kuid enamik kõrvalekaldeid on tingitud genotüübilise tasakaalu rikutusest. Loomadel esineb eluvõimelisi autosoomseid aneuploide ainult sel juhul, kui on lisandunud või on puudu mõni väiksematest kromosoomidest. Suurt autosoomide arvu muutust pole täheldatud. Arvatavasti hukkuvad sellised isendid (sügoodid) kohe pärast viljastumist või varases embrüonaalses staadiumis. Aneuploidsust on kunstlikult tekitatud röntgenikiirgusega ja mõnede keemiliste ainetega. Aneuploidsus loomadel võib olla letaalne või poolletaalne, kuid seda nähtust on koduloomadel vähe uuritud. Seetõttu on vähe teada ka autosoomsete kromosoomide osast fenotüübiliste tunnuste avaldumisel. Kromosoome tuleks eriti uurida aborteerunud loodetel.
29 Autosoomse aneuploidsuse näitena võib tuua inimesel esineva Downi sündroomi (mongoloidne idiotism), mille puhul väike 21. kromosoom esineb kolmekordselt (trisoomia 21). Downi sündroomi iseloomustavad vaimne alaareng, lühike kasv ja kaasasündinud südamehäired. Loomadest on trisoomikuid uuritud ka simpansidel. Trisoomiaga 18. ja 19. kromosoomi suhtes kaasnes veistel alalõualuu puudumine ja vesitõbi. Veistel on kääbuskasv seotud 23. kromosoomi trisoomiaga. Monosoomikute esinemissagedus kõrgematel organismidel on tunduvalt madalam kui trisoomikute sagedus. Arvatavasti hukkub loode, kellel puudub üks kromosoomidest, juba embrüonaalse staadiumi algfaasis .
Sugukromosoomide (gonosoomide) aneuploidsust on loomadel ja inimesel enam uuritud, sest see esineb sagedamini. Klinefelteri sündroomi (gonosoomid XXY) on kirjeldatud kassidel , kel see esineb koos nn. kilpkonnavärvusega. Ka koertel ja sigadel on leitud gonosoomidega XXY isendeid. Sigadel esineb Klinefelteri sündroom koos hermafrodiitsusega (isendil esinevad nii isas- kui ka emassuguorganid rudimentaarsel kujul). Klinefelteri sündroomi on täheldatud ka jääradel, kusjuures sellega kaasneb günekomastia (piimanäärme areng isasloomal). Klinefelteri sündroom esineb ka veistel. Sellega kaasnevad kasvu- ja arenguhäired («kastraaditüüp»), bilateraalne munandite alaareng, seksuaalfunktsioonide ( erektsioon , ejakulatsioon) puudulikkus. Gonosoomidega XXXY (triplo-XY) hobune on interseksuaalne. Klinefelteri sündroomi võib kirjeldada üldise valemiga: 2A + nX + mY, kus n ja m on sõltumatud arvud ja võivad varieeruda vastavalt 1...4 ja 0...2-ni. Gonosomaalne aneuploidsus koduloomadel on peaaegu alati seotud sigimatusega, sageli ka hermafrodiitsusega. Kanadel on diagnoositud kolme Z-kromosoomiga isendeid (ZZZ). Neil esinevad kasvu häired ja morfoloogilised defektid (Donner jt., 1969). X0-tüüpi aneuploidsus põhjustab tavaliselt loote arengu katkemise - abordi. Y0-monosoomikuid aga pole leitud - arvatavasti pole sellised sügoodid eluvõimelised.
MOSAIIKSUS JA KIMÄÄRSUS
Kimääri all mõistetakse isendit, kelle erinevate kromosoomidega rakupopulatsioonid pärinevad rohkem kui ühest sügoodist. Tuntakse sekundaarset ehk postsügootset kimäärsust, kus erinevad rakupopulatsioonid kombineeruvad kahe või mitme isendi (täiskasvanud või loote) kudedest pärast organogeneesi algust. Primaarne kimäärsus tekib kahe või enama embrüo rakkude ühendamisest (agregeerumisest) embrüonaalse arengu esimestel staadiumidel või viljastumismomendil (seda on võimalik teha kunstlikult). Primaarsed kimäärid tekivad ka siis, kui 2 spermi viljastavad ühe kahetuumalise munaraku või munaraku ja ühe polotsüüdi. Kimääre, kes on saadud erinevate vanemate embrüote agregeerimisest, nimetatakse sageli tetraparentaalseteks loomadeks. Mosaiikorganism tekib ühest sügoodist, ühe munaraku ja spermi ühinemisest. Geneetiliselt erinevad rakupopulatsioonid tekivad neil arenemisprotsessi käigus somaatiliste mutatsioonide, somaatilise rekombinatsiooni või kromosoomide lahknematuse tõttu. Tekkinud rakukloonid erinevad tavaliselt ühe või mõne kromosoomi poolest. Geneetilise mosaiigi ja kimääri erinevus seisneb selles, et mosaiik pärineb ühest sügoodist, kimäär aga kahest või mitmest. Gonosoomset XX XY-kimäärsust on kirjeldatud veisel, lambal, kitsel, seal ja hobusel. See tingib enamasti interseksuaalsuse ja sigimatuse. Koduloomadel on diagnoositud ja
30 kirjeldatud palju erinevat tüüpi gonosoomseid mosaiikkarüotüüpe: XX/X0, X0/XX/XY, XXY/XY, XXY/XX, XXY/XX/XY, XXY/XY/X0, XXY/XY/XX/X0, XXXY/XXY, XYY/XY jt, millega kaasnevad mitmesugused arenguanomaaliad, interseksuaalsus, munandite või munasarjade alaareng ja muud sigimatust põhjustavad defektid. Nende tekkepõhjused pole enamasti selged. Gonosoomikimäärsuse ja -mosaiiksuse uurimised võimaldavad selgitada loomade sigimishäirete põhjusi.
GEENIDE REKOMBINATSIOONID SUGULISEL SIGIMISEL
Interkromosoomne rekombinatsioon ( Mendelism ) Interkromosoomne rekombinatsioon esineb kõikidel põllumajandusloomadel. Interkromosoomse rekombinatsiooni korral toimub aleelipaaride ümberjaotumine sugulisel sigimisel, mis tuleneb kromosoomide lahknemisest meioosis ja nende juhuslikust paardumisest isas ja emassuguraku ühinemisel viljastumisel. Selle tagajärjel muutuvad geenikombinatsioonid eri isendite homoloogsete kromosoomide samades lookustes. Põllumajandusloomade paljude tunnuste päritavus, nende lahknemine ja omavaheline kombineerumine avalduvad otseses kooskõlas geenide interkromosoomse rekombinatsiooni seadustega (Mendeli seadustega). Sellisteks tunnusteks on mitmesugused välistunnused (karvkatte ja sulestiku värvus, märgised, sarvilisus jpm.), enamik biokeemilisis ja immuno- loogilisis tunnuseid (valgutüübid, veregrupid ) ja paljud anatoomilised ja füsioloogilised defektid. Selle nn hübridoloogilise meetodi kasutuselevõtjaks ja põhjendajaks oli G. Mendel.
Hübridoloogilise meetodi kasutamise põhimõtted on järgmised: 1) ristamiseks tuleb valida isendid, kes erinevad omavahel piiratud arvu (1...5) hästi eristatavate alternatiivsete tunnuste poolest (näit karvavärvus ­ punane või must; sarvilisus ­ nudi või sarvedega jne); 2) erinevate tunnustega järglaste kvantitatiivne (hulgaline) arvestus järglaspõlvkondades, kus tegelikku ristamisetulemust võrreldakse teoreetiliselt oodatava tulemusega; 3) analüüsiva ristamise (testristamise) kasutamine. 4) ristamise kohta koostatakse skeem. Tavaliselt tähendab see heterosügootse ja homosügootse retsessiivse isendi omavahelist ristamist ; Skeemil tähistatakse vanemate põlvkond tähega P (lad. parentes). Ema tähiseks on ja isa tähiseks Isendite ristamist sümboliseerib korrutusmärk ­ x. Järglaspõlvkonna tähiseks on F. Esimese põlvkonna hübriide tähistatakse F1, teise põlvkonna hübriide F2 jne. Isendi tunnuste arengut määravate püsivate ja segunematute pärilike faktorite - geenide - tähistamiseks võttis juba Mendel kasutusele ladina tähestiku tähed (A, a, B, C jne.). Nii võib isendi genotüüpi, tema spetsiifilise alleelse koosseisuga geenide kogumit tähistada tähekombinatsioonidega (Aa, Bb, dd jne.) - geenvalemiga. Fenotüüp aga on kirjeldatav sõnadega ja selle all mõistetakse kirjeldatavaid, mõõdetavaid või keemiliste ja füüsikaliste meetoditega määratavaid tunnuseid ehk omadusi. Tunnuse all mõistetakse organismi morfoloogilisi, füsioloogilisi ja biokeemilisi iseärasusi, mille järgi määratakse eri organismide erinevust või sarnasust. Juba Mendel täheldas, et mõnede pärilike faktorite toime avaldub kõigil järglaspõlvkonna isenditel, teised faktorid aga võivad varjatuna põlvkonnast põlvkonda edasi kanduda. Esimesi nimetas ta dominantseteks, teisi retsessiivseteks. Dominantsete geenide tähistamiseks kasutas Mendel suuri tähti (A, B, C jne.) ja retsessivsete tähistamiseks väikeseid tähti (a, b, c). Üht ja sama tunnust määravate geenide eri vorme - retsessiivseid ja dominantseid ning kodominantseid nim alleelideks või alleelseteks
31 geenideks, nähtust ennast aga alleelsuseks. Alleelsed geenid asuvad homoloogsete kromosoomide paaris samas kohas - lookuses, üks alleel ühes ja teine alleel teises paariskromosoomis. Seega ei saa ühel diploidsel isendil kunagi olla üle kahe alleelse geeni, ehkki alleeliseerias võib neid olla kümneid (a1, a2 ...an). Kui ühes lookuses esineb ainult kaks alleeli, on tegemist dialleelsusega, kui aga alleele on rohkem (alleeliseeria) polüalleelsusega. Isendeid, kellel on keharakkude mõlemas homoloogses kromosoomis teatud geenilookuses sama alleel (näit. A ja A, B ja B, d ja d jne.), nimetatakse homosügootseteks ja nende genotüüp vastavate lookuste suhtes märgitakse geenvalemiga AA, BB ja dd. Kui homoloogsete kromosoomide samas lookuses on erinevad alleelid, nim. isendit heterosügootseks (näit. Aa, Bb, Cc jne). Homosügootne isend moodustab meioosi tagajärjel selle geeni suhtes ainult ühetüübilisi sugurakke ehk gameete (A ja A, d ja d jne), heterosügootne aga kaht tüüpi gameete (A ja a, B ja b jne.). Heterosügootne isend on oma kummaltki vanemalt saanud erinevad, homosügootne aga ühesugused alleelid. Isendit, kelle teatud geenilookuses on ainult retsessiivsed geenid (aa, bb, jne) nimetatakse homosügootseks retsessiivseks ning isendit kellel on geenilookuses ainult dominantsed geenid (AA, BB, CC jne.) nimetatakse homosügootseks dominantseks.
Monohübriidne ristamine Ristamist, kus jälgitakse ainult ühe alleelipaari pärandumist, nimetatakse monohübriidseks. Monohübriidse ristamise näitena võib tuua homosügootse mustakirju ja homosügootse punasekirju veise ristamise. mustakirju punasekirju P BB r bb gameedid B,B b,b F1 4Bb mustakirjud Bb r Bb gameedid B,b B,b F2 = BB 2Bb bb mustakirjud mustakirjud punasekirju Genotüübiline lahknemissuhe - 1/4 BB : 2/4 Bb : 1/4 bb. Fenotüübiline lahknemissuhe on 3:1. Kuna homosügootsed isendid moodustavad ainult üht tüüpi sugurakke (B bõi b), siis 1. põlvkonna hübriidid on kõik ühesuguse genotüübiga ­ heterosügootsed (Bb). Seega kehtib siin Mendeli I seadus e esimese põlvkonna ristandite ühetaolisuse e ühtlikkusseadus. Homosügootsete isendite ristamisel saadakse esimeses põlvkonnas (F1) kõik ühetaolised järglased. Ühetaolisus kehtib nii genotüübi kui ka fenotüübi kohta. Kui dominantsus puudub, on F1-hübriidid kahe vanema vahepealsed; st heterosügootsus avaldub fenotüübiliselt intermediaarselt. Kui omavahel ristata heterosügootseid (Bb) F1 hübriide, siis nende järglaskonnas (F2) toimub tunnuste lahknemine: järglastel ilmnevad F1 hübriidide vanemate (P generatsiooni) tunnused. Tunnuste lahknemine tuleneb sellest, et heterosügootsed F1 hübriidid moodustavad kaht tüüpi sugurakke (B ja b), mis viljastumisel kombineeruvad juhuslikult. Kuna kaht tüüpi spermid ja kaht tüüpi munarakud annavad 4 võimalikku kombinatsiooni , toimubki fenotüübiline lahknemine
32 Tabel. Põllumajandusloomade tunnuste fenotüübilised lahknemissuhted monohübriidse ristamise korral Tunnus Dominantne tunnus Intermediaarne Retsessiivne tunnus Fenotüübiline tunnus lahknemissuhe F2-s VEISED Karvkatte värvus Must - punane 3:1 Pigmendi jaotumine ** Ühtlane - kirju 3:1 Sarvilisus ** Nudi - sarvedega 3:1 Pea karvkatte pigmenteerunud pigmentatsioon Valge - karvkate 3:1 Karvkatte värvus (sorthorni tõul) Valge kimmel punane 1:2:1 SEAD Harjase värvus Must - pruun 3:1 Valge - must 3:1 Sõrgade kuju Kokkukasvanud sõrad - normaalne 3:1 Kõrvade asetus Horisontaalne - lontis 3:1 LAMBAD Kõrvade areng * normaalsed kõrvad Lühikesed kõrvad kõrvadeta 1:2:1 Karakull - lammaste 2:1 villa värvus *** Hall - must Villa värvus *** Valge - must 3:1 Saba areng Sabata - sabaga 3:1 Villkarva säbarus * sirge (vaibavill) Vähese säbarusega säbar 1:2:1 Villkarva jämedus ** Jämevill - peenvill 3:1 KARUSLOOMAD Naaritsate karvkatte pruun (standard) - plaatina jt. mutandid 3 : 1 värvus Karvkatte pikkus Normaalne - lühikarvaline (reks); 3 : 1 küülikutel pikakarvaline (angoora) KANAD Sulestiku värvus * Must hall valge 1:2:1 Jalgade pikkus *** Lühikesed - normaalsed 2:1 Harja kuju Rooshari - lihthari 3:1 Sulestiku tüüp ** Kähar säbar sile 1:2:1 Naha värvus Valge - kollane 3:1 HOBUSED Karvkatte värvus Must - raudjas 3:1 Pigmendi jaotumine Kirju - ühtlane 3:1 Allüür Traav - küliskäik 3:1 * dominantsus puudub või kodominantsus ** osaline dominantsus *** retsessiivselt letaalne alleel, seetõttu isendid AA hukkuvad
33 II. Mendeli II seadus - tunnuste lahknemise e segregatsiooniseadus
Heterosügootsete esimese põlvkonna hübriidide omavahelisel ristamisel saadakse teises põlvkonnas tunnuste lahknemine kindlates lahknemissuhetes: fenotüübilt 3:1, genotüübilt 1:2:1. Kui aga on tegemist heterosügootse intermediaarse avaldumisega, siis on fenotüübiline lahknemissuhe 1:2:1. Viimasel juhul langeb fenotüübiline lahknemissuhe kokku genotüübilise lahknemissuhtega. Sellise näite võib tuua andaluusia kanade kohta. Mustade (BB) ja valgete (bb) lindude järglased on hallid (Bb). Hallide lindude omavahelisel ristamisel (Bb × Bb) saadakse fenotüübiliseks ja genotüübiliseks lahknemiseks 1:2:1. Musti linde (BB) saadakse 1/4, halle (Bb) 1/2 ja valgeid (bb) 1/4. Lahknemine polüalleelsuse (alleeliseeria) puhul toimub analoogiliselt monohübriidse lahknemisega dialleelsuse korral, sest diploidsel isendil ei saa samast seeriast olla üle kahe alleeli. Geenid alleeliseerias mõjutavad enamasti ühe ja sama tunnuse arengu astet. Ühe seeria alleele tähistatakse ühe ja sama tähega, märkides juurde sümbolid või numbrid, mis tähistavad eri tunnuseid määravaid alleele. Nii näiteks mõjutab küülikutel pigmendi hulka ja jagunemist karvkattes (karvavärvust) geen C, millel on rida alleele:
C - täisvärvus, esineb ulukküülikutel (võib tähistada ka c+); cch - tsintsiljavärvus, hõbehall, esineb värvusvarjundites heledast tumedani; ch - hermeliinvärvus, valge keha, punased silmad, mustad jalad, saba, pea ja kõrvad; c - albiino, valge, punased silmad.
Selles alleeliseerias esineb järgmine dominantsuse rida: C > cch > ch > c
Ristates musti küülikuid tsintsiljavärvi küülikutega domineerib must karvakatte värvus, tsintsilja- ja hermeliinküülikute ristamisel on aga domineerivaks tsintsiljavärvus. Polüalleelsus on põllumajandusloomadel üldtuntud. Tihti esineb alleeliseeriaid karvavärvust määravatel geenidel. Neid on enam uuritud karusloomadel (naarits, küülik, hõbe- ja sinirebane ). Ka enamik biokeemilise geneetilise polümorfismi liike ja veregruppe on määratud alleeliseeriatega. Alleeliseeriate olemasolu avardab kombinatiivse muutlikkuse võimalusi. Dominantset tunnust määrav alleel seerias, mis tavaliselt esineb ulukeellasel («ulukalleel»), tähistatakse sageli «+» -märgiga, näit. a+, c+ jne. Sel juhul ei kasutata suuri tähti. Dominantne (normaalne) geen võidakse tähistada ka ainult plussmärgiga. Lahknemissuhe ja järglaste fenotüüp ei olene sellest, kas emassugurakk on dominantse ja isassugurakk retsessiivse alleeliga või vastupidi. See selgus nn retsiprooksel ristamisel, kus dominantsete ja retsessiivsete tunnustega isendeid võetakse nii emadeks kui ka isadeks:
P AA r aa (otseristamine) P aa r AA (pöördristamine)
Isendi homo- või heterosügootsuse tuvastamiseks täieliku dominantsuse korral (kui genotüübiga AA isendid on fenotüübilt sarnased Aa genotüübiga) kasutatakse taandristamist ehk tagasiristamist retsessiivse vanemvormiga. Sellist taandristamist nimetatakse ka analüüsivaks ehk testristamiseks. Nii genotüübiline kui ka fenotüübiline lahknemissuhe testristamisel on 1:1.
34 F Aa x P aa (analüsaator) Gameedid A a a a
FB ½ Aa ½ aa
Kui uuritav isend on homosügootne, ei toimu järglaste hulgas lahknemist, vaid kõik on ühetaolised. Ka sellisel taandristamisel, kus hübriidi (Aa) ristatakse dominantse homo- sügootse vanemaga (AA), ei toimu fenotüübilist lahknemist, genotüübiline lahknemissuhe on aga 1:1.
F Aa x P AA (analüsaator) Gameedid A a A A
FB ½ AA ½ Aa
Lahknemissuhted 3:1, 1:2:1 ja 1:1 esinevad ainult juhul, kui on täidetud järgmised tingimused: 1) kaht tüüpi gameetide (A ja a) moodustamise tõenäosus heterosügootsel isendil on võrdne (0,5); 2) kõigi gameeditüüpide võrdse tõenäosusega ühinemine viljastumisel; 3) kõigi genotüüpidega sügootide (AA, Aa, aa) võrdne eluvõime; 4) tunnuse avaldumise sõltumatus keskkonnatingimustest .
Esimese kahe tingimuse kehtivuses põllumajandusloomadel pole põhjust kahelda. Selleks, et kõigil gameeditüüpidel oleks võrdne võimalus ühinemiseks, peab uuritavaid isendeid olema suur arv. Olulisel määral võib lahknemissuhet mõjustada kolmas tingimus. Esinevad nn letaalsed geenid (letaalsed mutantsed alleelid), mis on isendile surmavad embrüonaalses arengus või postnataalse perioodi algul. Nii näiteks saadakse Inglismaal kasvatatavate deksteri tõugu veiste (õrna ja koheva konstitutsiooniga, lühijalgne) omavahelisest ristamisest deksteri tüüpi ja normaalse konstitutsiooniga järglased (nn kerri tüüp), kuid lahknemissuhe on 2:1. Deksteri tüüpi loomad on heterosügootsed (Aa) ja peaksid ristamisel andma järglasi suhteis 1:2:1 või 3:1, mitte aga suhtes 2:1. Homosügootsed dominantsete alleelidega loomad hukkuvad aga embrüonaalsel perioodil või kohe pärast sündi skeleti ja kolju ebanormaalse ehituse tõttu.
35 P Al a r Ala deksterid deksterid
Gameedid Al a Al a
F1 ¼Al Al ½ Al a ¼aa «buldog- deksterid kerrid vasikad » 1 : 2 : 1 Dominantne geen, mis määrab deksteritüüpi kehaehituse, on samaaegselt retsessiivse letaalse toimega. Alleel Al on antud juhul kahesuguse toimega ­ määrab omapärase keha- ehituse ja kahekordses doosis (Al Al) tingib loote hukkumise. Seepärast märgitakse dominantse geeni juurde indeks «l» - letaalne. Analoogilisi näiteid, kus dominantsel geenil on retsessiivne letaalne toime, võib tuua ka teiste loomaliikide puhul: karakull-lammaste hall villavärvus, hõberebaste plaatinavärvus, hiirte kollane värvus, kanade lühijalgsus jt. Geene, mille letaalne efekt on dominantne, olenemata geeni enda dominantsusest või retsessiivsusest, pole põllumajandusloomadel kirjeldatud. Tõenäoliselt elimineeritakse need alleelid loodusliku valiku toimel kohe pärast mutatsiooni tekkimist. Mis puutub neljandasse lahknemise tingimusse - tunnuse mõjustamatusse keskkonna- tingimustest, siis ka see võib lahknemissuhteid mõnikord muuta (karvavärvuse muutus seoses vanusega).
SUGULIITELISED TUNNUSED Suguliiteline pärilikkus
Tunnuste lahknemise seisukohalt ei ole oluline, kummad alleelid ühel või teisel vanemal on. See kehtib ainult autosoomsetes kromosoomides asuvate geenide suhtes. Kui geenid asuvad sugukromosoomides (X- või Y- kromosoomis), siis tunnuste lahknemise seisukohalt on oluline, kummal vanemal on dominantsed ja kummal retsessiivsed alleelid. Tunnuseid, mida määravad geenid asuvad sugukromosoomides ehk gonosoomides, nimetatakse suguliitelisteks ehk gonosoomseteks. Sellised geenid asuvad peamiselt X-kromosoomis. Harvadel juhtudel ja harvade tunnuste puhul on sellised geenid ka Y-kromosoomis. Seepärast avaldub retsessiivne alleel suguliiteliste geenide korral alati heterogameetsel (XY) sugupoolel, sest vastav geen on ühekordses doosis, ainult X- kromosoomis. Suguliitelised geenid avastati esmalt USA geneetiku T. Morgani poolt 1910. a katsetes äädikakärbsega (Drosophila melanogaster). Ristates valgesilmseid isaseid punasesilmsete emastega, saadi F1-s kõik punaste silmadega järglased. Järelikult punane silmade värvus domineeris. Teises põlvkonnas saadi aga omapärane lahknemissuhe: pooled isased olid valgesilmsed, pooled punasesilmsed, kõikidel emastel olid aga punased silmad. Ehkki lahknemissuhe oli 3:1, oli tunnuste jaotus sugupoolte järgi üllatav ja erines ootuspärasest. Kui ristati valgesilmset emast punasesilmse isasega, saadi lahknemissuhteks 1:1 (valgesilmsed: punasesilmsed). Valged silmad oli ainult isastel, emastel
36 aga olid kõigil silmad punased. Silmavärvuse päritavus oli siin omapärane: isalt tütardele ja emalt poegadele . Teises põlvkonnas saadi aga nii emaste kui ka isaste hulgas võrdselt valge- ja punasesilmseid kärbseid. Sellist omapärast lahknemissuhet on võimalik seletada X-kromosoomi pärandumisega emalt nii poegadele kui ka tütardele, isalt aga ainult tütardele. Retsessiivne tunnus emastel aga ei ilmne, kui teises X-kromosoomis on dominantne alleel. Isastel seevastu, kui nad saavad emalt retsessiivse alleeli, väljendub see kohe ka fenotüübis. Et isane ei ole antud juhul ei homo- ega heterosügootne, kasutatakse siin mõistet hemisügootne. Sellest järeldati, et X- kromosoom domineerib retsessiivse geeniga X kromosoomi üle. Inimesel on üheks suguliiteliseks tunnuseks daltonism (st ei eristata punast ja rohelist värvust). Seda haigust põhjustab X-kromosoomis paiknev retsessiivne geen (d).
P XDXd × XDY heterosügootne normaalse normaalse nägemisega nägemisega mees naine F1 XDXD, XDXd, XDY, XdY terve haigusekandja terve haige naine naine (terve) mees mees
Daltoonikuid mehi on võrratult enam kui daltoonikid naisi. Naisdaltoonik võib sündida ainult juhul, kui meesdaltoonik on abiellunud naisdaltoonikuga või daltonismi geeni kandva naisega. Selliseid juhuseid on üldiselt väga harva. Sagedamad on juhused, kus naine pärandab oma daltonismigeeni pojale. On ju mehed selle geeni suhtes hemisügoodid (st kannavad poolt vajaminevatest geenidest; nad pole selle tunnuse osas ei homo- ega heterosügoodid). Üks väga harva esinevaid suguliitelisi tunnuseid inimesel (ja loomadel) on hemofiilia ehk veritsustõbi. Ka seda haigust kandvad retsessiivsed geenid paiknevad X-kromosoomis. Hemofiilikud hukkuvad tavaliselt lapse- või noorukieas ja seepärast saavad meeshemofiilikud väga harva anda järglaskonda. Naishemofiilikuid peaaegu ei esine, sest nad saavad sündida ainult meeshemofiiliku ja selle tunnuse osas heterosügootse naise abielust . Suguliitelisi tunnuseid põllumajandusloomadel on uuritud üpris vähe. Sagedasemaks suguliiteliseks haiguseks veistel jt loomadel on karvkatte osaline või täielik puudumine, jalgade nn. väljaväänatud asetus sigadel, kilpkonnavärvus (musta-kollasekirju) kassidel ja autosekssus kanadel. Seoses sellega, et lindudel on homogameetseks sugupooleks isased, avaldub retsessiivne tunnus sagedamini emastel (hemisügootsed), isastel avaldub enamasti dominantne suguliiteline tunnus. Hallikirju värvus kanadel on põhjustatud dominantsest geenist (B) ja see geen asub Z-kromosoomis. Retsessiivse geeni alleel (b) homosügootses olekus põhjustab sulestiku punaka värvuse. Kui on ristatud hallikirjuid plimutroki kanu (B) punakate roodailendi tõugu kukkedega (bb), saadakse F1-s kõik hallikirjud e viirikud kuked ja punakad kanad. Kukkedel (tibudel) on pea peal valge laik, kanatibudel aga see puudub. See asjaolu lubab koorumisel kohe kukktibud kanatibudest eraldada. Nimetatud tõud nimetati autoseksseteks (sulestiku värvus sõltub sugupoolest) kanatõugudeks. Tänapäeval selliseid tõuge ei kasutata, sest nad on võrdlemisi madala produktiivsusega. Pealegi saab koorunud tibude sugu määrata ka kloaagi kaudu. Siiani vaatlesime näiteid, kus suguliiteline tunnus pärandus järglastele Z- või X- kromo- soomiga. Akvaariumis kasvatatav kala - gubbi - kannab oma Y-kromosoomis geeni, mis põhjustab kala seljal oleval uimel musta täpi. Seda tunnust, st geeni kannavad ainult isased.
37 Sellised holandrilised tunnused - tunnused, mis antakse edasi ainult isa liini mööda - esinevad ka inimestel. Selliseks haiguseks on kalasoomustõbi ja kaasasündinud väärareng - varvaste vahel on nahk (inimese jalg meenutab ujulesta).
Suguliitelisi tunnuseid ei või ära segada sugupoolega piiratud tunnustega. Sooga piiratud tunnused on määratud selliste geenidega , mille toime avaldumine sõltub suguhormoonidest. Nende fenotüübiline efekt on seega limiteeritud (piiratud) ühe või teise sugupoolega. Niisugusteks tunnusteks on näiteks sekundaarsed sugutunnused: erinev sabasulgede kuju kanal ja kukel, isasloomadele iseloomulik temperament ja kehaehitus, imetajatel emasloomade piimanäärme areng, emaslindude munemisvõime, hari kukkedel jne. Sugupoolega on piiratud ka rida sigimishäireid veistel. Sorthorni tõul esinev «valgete mullikate haigus» on üks näiteid. See defekt esineb valgetel lehmmullikatel ja seisneb emaka ning tupe väärarengus. Defekti seos valge karvavärvusega pole päris selge. Friisi tõugu pullidel esineb impotentsuse (sigimisvõime puudumise) liik, mis on põhjustatud peenise taandurlihase anomaaliast. Sellistel pullidel puudub erektsioonivõime. Defekt on põhjustatud retsessiivsest autosoomsest geenist, kuid selle avaldumine on piiratud sugupoolega. Sugupoolega piiratud tunnuse näiteks on ka munandisong. Esineb ka tunnuseid, mis avalduvad küll mõlemal sugupoolel, kuid mille ekspressiivsus ja penetrantsus olenevad sugupoolest. Neid tunnuseid nim sugupoolest sõltuvateks tunnusteks. Selliseks tunnuseks on näiteks sarved dorsethorni lambatõul. Sarved on nii uttedel kui ka jääradel, kuid viimastel on nad tunduvalt suuremad ja enam keerdunud kui uttedel. Kui dorsethorni tõugu lambaid ristata nudide tõugudega, saadakse järglastel erinevalt väljendunud sarvilisus, kusjuures jääradel on enamasti sarved, uttedel aga mitte (jääradel dominantne tunnus, uttedel retsessiivne). Sugupoolest sõltuv autosoomne tunnus on ka munajuha (resp. seemnejuha ) sulgumine kanadel. Kanadel on see letaalne, kukkedel aga mitte. Mõnikord on kukkedel vaid ühel pool seemnejuha sulgunud. Kitsedel on sugupoolest sõltuv tunnus «habe» . Sugupoolest sõltuvate tunnuste puhul on sageli muutunud dominantsuse aste - see oleneb sugupoolest. Ilmselt on ka tunnuste sõltuvus sugupoolest peamiselt hormoonide toime tulemuseks.
LAHKNEMISSUHETE STATISTILINE ISELOOM - 2 (hii-ruut)-TEST
Ehkki tunnuste lahknemise põhjuseks on seaduspärased bioloogilised protsessid - meioos ja viljastumine, on lahknemine siiski statistilise iseloomuga, sest selles osaleb juhus- liku iseloomuga tegur: gameetide paardumise juhuslikkus neis sisalduvate alleelide suhtes. Monohübriidsel lahknemisel sarnaneb gameetide kohtumine viljastumisel loosi viskamisega mündi abil: nii " kulli " kui ka "kirja" tõenäosus on võrdne - 0,5. Kahe mündiga (üks "ema", teine "isa") võime saada neli kombinatsiooni (nagu heterosügootide ristamisel): Kombinatsiooni nr. Kirja ja kulli tõenäosused 1. münt 2. münt 1. ½ kiri ½ kiri 2. ½ kiri ½ kull 3. ½ kull ½ kiri 4. ½ kull ½ kull
38 Kõigi nelja kombinatsiooni tõenäosus on võrdne - ¼ (see tuleneb ka tõenäosus- korrutisest: ½ x ½ = ¼). Selleks, et kontrollida, kas faktiliselt saadud (vaadeldav, empiiriline) lahknemissuhe erineb teoreetiliselt oodatavast lahknemissuhtest statistiliselt usaldusväärselt, või on erinevused juhuslikku laadi ja lahknemist võib lugeda vastavaks ootuspärasele, kasutatakse 2-testi (hii-ruut). Tõenäosusteooria seaduspärasuste alusel võib väita, et kõrvalekalded teoreetiliselt oodatavatest lahknemissuhetest ilmnevad sagedamini väikese arvu vaatluste puhul. See on tingitud juhuslike hälvete suuremast mõjust (osatähtsusest). 2 väärtus arvutatakse faktilise ja teoreetilise lahknemise võrdlusest, kasutades valemit: ( f - t )2 2 = t kus f - faktiline isendite arv fenotüübiklassis; t - teoreetiliselt arvutatud isendite arv; - summa sümbol ( jagatis summeeritakse üle kõikide fenotüübiklasside).
Näitena 2-testi kasutamise kohta on esitatud hobuste värvustunnuste lahknemissuhete kontroll nn "palomiino" värvusega hobuste (geenivalem Dd) ristamisel (palomiinod on hele- kõrvid, valge laka ja sabaga, kuni kuldpruunid või kreemikad). Palomiino värvusega hetero - sügootsete isendite ristamisel saadi 83 varssa, kellest 17 olid albiinod (DD), 45 palomiinod (Dd) ja 21 helekõrvid (dd). Teoreetiliselt oodati 20,75 albiinot, 41,50 palomiinot ja 20,75 helekõrbi (lahknemissuhte 1:2:1). Ülesanne. Näita 2 ­testi abil kas tegelik fenotüübiline lahknemine erines oluliselt teoreetilisest lahknemisest. 2-testi kasutamisel koostatakse vastav tabel.
Tabel. 2-testi tabel faktilise ja teoreetilise lahknemissuhte kokkulangevuse kontrollimisel (F. B. Hutti, 1969 järgi) Fenotüüp Faktiliselt Teoreetiliselt Hälve (f-t) Hälbe ruut (f-t)2 (f-t)2 saadi (f) oodati (t) t Albiino (DD) 17 20,75 -3,75 14,0625 0,678 Palomiino (Dd) 45 41,50 3,50 12,2500 0,209 Helekõrb (dd) 21 20,75 0,25 0,0625 0,003 83 83,00 0 2=0,890 Vastavast 2-jaotuse tabelist (tabel 3) leiame, et 2 väärtus (0,89) kolme fenotüübi puhul (vabadusastmete arv df =fenotüübiklasside arv ­ 1 =3-1=2) annab aluse väiteks, et kõrvalekaldumised teoreetiliselt oodatavast lahknemissuhtest on ebaolulised ja lahknemist võib lugeda vastavaks suhtele 1:2:1.
Tabel. 2 ­ kriteeriumi kriitilised väärtused Vabadusastmete arv Olulisuse nivoo P (tõenäosus) (df) 0,1 0,05 0,01 1 2,71 3,84 6,64 2 4,61 5,99 9,20 3 6,25 7,82 11,34 4 7,78 9,49 13,28
39 Kui 2-kriitiline väärtus on võrdne või suurem tabeli väärtusest olulisuse nivoo 0,05 juures, siis võib öelda, et tegelik lahknemine erineb oluliselt teoreetilisest lahknemisest. Seega oleks 2 väärtus pidanud olema vähemalt 5,99. Antud juhul aga oli erinevus tegeliku ja teoreetiliselt oodatava lahknemissuhte vahel väheusutav (usaldatavus alla 5%, mida märgi- takse: P > 0,05). Väikese arvu isendite puhul ühes fenotüübiklassis (alla 5) ei anna 2-test küllalt usaldusväärseid tulemusi. Seepärast on soovitatav lahknemissuhete kontrollimiseks saada võimalikult rohkem F2-hübriide.
Polühübriidne ristamine
Kui ristamisel jälgitakse üheaegselt kahe, kolme või enama eri tunnuse päritavust, nimetatakse sellist ristamise tüüpi polühübriidseks ristamiseks. Olenevalt sellest, kas ristamisel peetakse silmas kaht, kolme, nelja või viit tunnust, eristatakse di-, tri-, tetra - või pentahübriidset ristamist. Rohkem kui viie tunnuse üheaegset päritavust (viie geenipaari pärandumine) ja nendevahelisi kombinatsioone on suhteliselt raske jälgida, sest erinevate fenotüüpide (lahknemisklasside) arv on siis liiga suur. Lahknemissuhete eksperimentaalne kontroll on aga põllumajandusloomade puhul võimalik vaid tunnushaaval, kasutades monohübriidset, mõnikord ka dihübriidset ristamist.
Dihübriidne ristamine
Ristamist, kus jälgitakse korraga kahe tunnusepaari pärandumist ja nendevahelisi kombi- natsioone, nim dihübriidseks. Näiteks vaadeldakse kahe tunnuse - karvavärvuse ja pigmendi jaotumise - päritavust veistel. Teatavasti domineerib veistel must värvus (geen B) punase üle (b) ja ühtlane karvkatte pigmenteerumine üle kogu keha (geen S) kirju värvuse (s) üle. Ristates mustakirjusid homosügootseid veiseid (BBss) punaste homosügootsetega (bbSS), saadakse esimeses põlvkonnas kõik mustad loomad, kes oma genotüübilt on diheterosügootsed e dihübriidid (BbSs). Ka siin kehtib Mendeli I seadus esimese põlvkonna hübriidide ühtlikkuse kohta. Teises põlvkonnas toimub aga tunnuste lahknemine vastavalt Mendeli II seadusele. Erinevaid genotüüpe tekib kokku neli: mustad (genotüübi fenotüübiradikaal B-S-), mustakirjud (B-ss), punased (bbS-) ja punasekirjud (bbss). Fenotüübiline lahknemissuhe nende kombinatsioonide järgi on vastavalt 9:3:3:1. See on nn klassikaline fenotüübisuhe dihübriidsel ristamisel ja ilmneb teises põlvkonnas siis, kui kummaski tunnusepaaris on üks tunnus dominantne ja teine retsessiivne. Dihübriidide ristamine annab ainult sel juhul nelja tüüpi sugurakke ja ülaltoodud lahk - nemissuhte, kui uuritavaid tunnuseid määravad geenipaarid asuvad erinevates homoloogsete kromosoomide paarides.
Dihübriidse ristamise alusel tuletas Mendel tunnuste sõltumatu kombinatsiooni reegli, mida tuntakse Mendeli III seaduse nime all: polühübriidide omavahelisel ristamisel moodustuvad järglastel nende tunnuste kõikvõimalikud kombinatsioonid. See seadus tuleneb alleelipaaride juhuslikust kombineerumisest viljastumisel ja kannab sõltumatuse seaduse nimetust .
40 Geenikombinatsioonide moodustumise ja tunnuste lahknemise seaduspärasused erinevatel ristamistel on järgmised:
Näitajad Ristamise tüüp monohübriidne dihübriidne polühübriidne Gameeditüübid F1-põlvkonnas 2 22 2n Gameetide kombinat - sioonid F2-põlvkonnas 4 42 4n Erinevate fenotüüpide arv F2-põlvkonnas 2 22 2n Erinevate genotüüpide arv F2-põlvkonnas 3 32 3n Tunnuste lahknemine F2- põlvkonnas: genotüübi järgi 1:2:1 (1 : 2 : 1)2 (1 : 2 : 1)n fenotüübi järgi 3:1 (3 : 1)2 (3 : 1)n
GEENIDE KOOSTOIME EHK INTERAKTSIOON
Tunnuste areng toimub sageli kogu ontogeneesi vältel ja määratakse genotüübi kui tervikuga , koostoimes keskkonnatingimustega. Enamik tunnustest on määratud polügeenselt ­ paljude geenide koostoimega. Geenide koostoime võib oma olemuselt olla mitmesugune.
1. Komplementaarne ehk täiendav. Kahe või enama (tavaliselt dominantse) geeni koosmõjul tekib uus tunnus, mida vanematel ei esinenud. 2. Epistaatiline. Seda nimetatakse mõnikord ka mittealleelseks dominantsuseks. Ühes lookuses asuvad geenid suruvad alla või varjutavad teistes lookustes asuvate geenide toime avaldumise. 3. Duplikaatne ehk kordne. Kaks või mitu geeni toimivad tunnusele ühtviisi, kusjuures tunnuse avaldumisviis ei olene toimivate dominantsete geenide arvust genotüübis. 4. Polümeerne ehk aditiivne ehk kumulatiivne . Mitu geeni mõjutavad üht ja sama tunnust samasuunaliselt , kusjuures tunnuse avaldumise aste oleneb positiivselt toimivate alleelide hulgast (geenidoosist). Geenide mõju tunnusele summeerub. Polümeersus tingib tunnuse kvantitatiivse muutlikkuse. 5. Modifitseeriv. Paljude tunnuste arengut määravad nn põhigeenid ja rida modifitseerivaid geene, mis tugevadavad või nõrgendavad põhigeenide mõju.
41 Komplementaarsus Komplementaarsed ehk üksteist täiendavad geenid on tavaliselt dominantsed. Koos esinedes (genotüüp A-B-) põhjustavad nad uue tunnuse arengu, mida vanematel (aaBB ja AAbb) ei esine. Näitena võib tuua harjavormide päritavuse kanadel. Erinevatel kanatõugudel esinevad järgmised harjavormid: 1) lihthari (lehthari) 2) rooshari 3) herneshari 4) pähkelhari. W. Bateson ja R. Prunnet avastasid, et pähkelharjaga lindude omavahelisel ristamisel saadakse mõnikord hernes - ja roosharjaga järglasi. Nad tegid kindlaks, et pähkelhari moodustub roosharja ja hernesharja määravate geenide koostoime tulemusena (R ­ roosharja märkiv geen; P ­ hernesharja geen). rooshari herneshari P RRpp X rrPP gameedid Rp Rp rP rP
F1 RrPp pähkelhari gameedid RP Rp rP rp F2 RP Rp rP rp RP RRPP pähkelhari RRPp pähkelhari RrPP pähkelhari RrPp pähkelhari Rp RRPp pähkelhari RRpp rooshari RrPp pähkelhari Rrpp rooshari rP RrPP pähkelhari RrPp pähkelhari rrPP herneshari rrPp herneshari rp RrPp pähkelhari Rrpp rooshari rrPp herneshari rrpp lihthari
Saadud lahknemissuhe F2-s erineb tavalisest dihübriidsest ristamisest selle poolest, et: 1) F1-s saadakse uus tunnus (pähkelhari), mida vanematel ei esine; 2) F2-s tekkis retsessiivsete geenide koostoimel veel teine tunnus (lihthari); 3) lahknemine toimub ühe tunnuse eri vormide suhtes, mitte eri tunnuste kombinatsioonide suhtes. Komplementaarsus võib põhjustada ka lahknemissuhte 9:6:1. Sel juhul moodustub kummagi dominantse geeni toimel üks ja sama tunnus, nende koostoimel aga uus tunnus. Retsessiivsete alleelide koostoimel saadakse kolmas tunnus. Selline skeem kehtib harjaste värvuse päritavusel sigadel. Kui ristata omavahel kollaka harjase värvusega (A-bb või aaB-) sigu , siis saadakse esimeses põlvkonnas punakaspruuni harjastega järglased (A-B-). F2-s toimub lahknemine 9/16 punakaspruunid , 6/16 kollased ja 1/16 valged (aabb).
Epistaas Epistaas tähendab ühes lookuses asuva geeni tõkestavat või varjutavat toimet teises lookuses asuva geeni avaldumisele. Geene, millel on teiste geenide avaldumist allutav toime, nimetatakse epistaatilisteks. Epistaatiliste geenide toimele alluvaid geene nimetatakse hüpostaatilisteks. Epistaas jaotatakse dominantseks ja retsessiivseks epistaasiks. Esimesel juhul on epistaatiline geen dominantne (A>B,b), teisel juhul retsessiivne (aa>B,b). Retsessiivse epistaasi korral on
42 retsessiivne geen epistaatiline teise geenipaari dominantse ja retsessiivse alleeli suhtes: aa>B,b. Selline epistaas esineb mitmete imetajaliikide karvkattevärvuse mõnede geenide vahel. Näiteks kui ristata kollaseid (AAee) ja musti (aaEE) küülikuid, on esimese põlvkonna hübriidid (AaEe) aguutivärvi (punakashall), kuid teises põlvkonnas toimub lahknemine kolme värvusrühma vahel: aguutivärvi (A-, E-), mustad (aaE-) ja kollased (A-ee). Lahknemissuhe on 9:3:4. Geen A on aguutigeen, mille retsessiivne alleel (a) tingib mitteaguuti (musta) värvuse. Geen E kontrollib moodustava pigmendi tüüpi. Dominantne alleel (E) võimaldab moodustada nii tumedat eumelaniini kui ka kollast feomelaniini, olenevalt geeni A alleelidest. Kuid retsessiivne alleel e surub maha eumelaniini (tume värv) sünteesi, nii et moodustub peaaegu ainult feomelaniin (kollane) ja homosügoodid (ee) on kollased, olenemata aguutigeeni (A) alleelidest.
Dominantse epistaas lahknemissuhtega 12:3:1 esineb sel juhul, kui hüpostaatilise geeni retsessiivse alleeli fenotüübiline avaldumine erineb dominantse epistaatilise geeni fenotüübilisest toimeefektist. Näitena võib tuua mõnede valget tõugu koerte ristamise pruunide koertega, kus F1 põlvkonnas saadakse ainult valged järglased. F2 põlvkonnas toimub lahknemine 12:3:1 (vastavalt valged: mustad: pruunid ). Valgetel koertel esineb dominantne pärssiv (inhibiitor) geen I, mis blokeerib pigmendi tekke, selle retsessiivne vorm i aga võimaldab pigmendi sünteesi. Geen B määrab musta värvuse ja selle alleel b pruuni värvuse. Seepärast on genotüübiga I-B- ja I-bb valged, iiB- mustad ja iibb pruunid. Analoogiline lahknemine esineb hobuse värvustunnuste puhul. Epistaatiliseks dominantseks geeniks on halli värvust määrav geen, mis nõrgendab pigmendi sünteesi ja põhjustab valkjas -halli värvuse. Geen B määrab musta värvuse, b - raudja. Hallide (RRBB) ja raudjate (rrbb) omavahelisel ristamisel saadakse F1-s kõik hallid (RrBb), F2-s aga halle 12/16 (R-B- ja R-bb), 3/16 musti (rrB-) ja 1/16 raudjaid (rrbb). Dominantne epistaas lahknemissuhtega 13:3 ilmneb sel juhul, kui hüpostaatilise geeni retsessiivsel alleelil on samasugune fenotüübiline avaldumisviis kui dominantsel inhibiitoralleelil (A=b). Näiteks leghorni tõugu lindudel on valge värvus põhjustatud pigmendi sünteesi blokeeriva dominantse geeni (I) toimest, ehkki neil esineb ka sulestiku pigmentatsiooni määrav geen C. Plimutroki tõul on aga valge sulestikuvärvus retsessiivne tunnus ja seda põhjustab retsessiivne geen c (puudub dominantne geen C). Kui ristata valgeid leghorne (IICC) valgete plimutrokkidega (iicc), siis saadakse F1-s kõik valged järglased (IiCc). F2-hübriidide ristamisel saadakse lahknemine 13/16 valged ja 13/16 värvilised.
Duplikaatsus Duplikaatse ehk kordse geenitoime puhul kujundavad ühe ja sama dominantse tunnuse kaks dominantset geeni, kusjuures nende koostoime ei erine fenotüübilise avaldumise poolest nende eraldi toimest (A-B-=A-bb=aaB-). Retsessiivne tunnus ilmneb ainult neil isendeil, kelle genotüübis puuduvad kõigi duplikaatsete geenide dominantsed vormid (aabb). Nende geenide samaviisilise fenotüübilise toime rõhutamiseks tähistatakse neid tavaliselt samade tähtedega (A1A2). Duplikaatsuse korral esineb F2-s lahknemine 15:1. Näitena võib tuua sulisjalgsuse päritavuse kanadel. Sulisjalgsete (A1A1 A2A2) ja paljasjalgsete (a1a1 a2a2) kanatõugude ristamisel saadakse alati sulisjalgsed järglased. Teises põlvkonnas ei toimu aga lahknemine mitte 3:1, vaid 15:1. Kui järglasel on kasvõi üksainus dominantne geen, arenevad tal sulisjalad.
43 Polümeersus Polümeersus kui geenide koostoime tüüp tähendab geenide ühesuunalist ja kumu- latiivset e aditiivset (summeeruvat) toimet ühele ja samale tunnusele. Seda geenitoimet nimetatakse ka polügeensuseks ja aditiivseks polügeensuseks, sest polügeensuse all mõiste- takse igasugust mitmegeenilist toimet ühele tunnusele. Geenide kumulatiivse ehk aditiivse toime tagajärjel, eriti siis, kui ühele tunnusele mõjuvaid geenipaare on palju, pole võimalik eristada tunnuste lahknemisel üksikuid fenotüübiklasse. Selleks, et eristada isendeid üksteisest mõne polümeerse tunnuse järgi, ei piisa ainult visuaalsest hinnangust, vaid tunnust tuleb mõõta ning arvuliselt väljendada, sest piirid kindlate fenotüübivariantide vahel puuduvad. Seepärast nimetatakse neid tunnuseid arvutunnusteks ehk kvantitatiivseteks tunnusteks. Populatsioonis jaotuvad isendid polü- meerse tunnuse järgi pideva reana, vastavalt mõnele jaotuskõverale (tavaliselt normaal- jaotusele). Olgu siinjuures lisatud, et enamus põllumajandusloomade jõudlusomadustest on polümeersed, kusjuures jõudlusomadusi määravate geenipaaride arv ei ole täpselt teada. Geenide toime üle saab otsustada ainult kogu genotüübi mõju tulemuse ­ jõudluse järgi. Tunnust intensiivistavaid geene nimetatakse efektiivseteks (plussalleelid) ja vastandalleele mitteefektiivseteks (miinusalleelid). Domineerimist polümeersuse korral tavaliselt ei esine, mistõttu tunnusele mõjuvaid geene tähistatakse samade tähega, kuid erinevate alaindeksitega. Efektiivseid geene tähistatakse suurte ja ebaefektiivseid väikeste tähtedega. Polümeersete tunnust analüüsil kasutatakse matemaatilise statistika meetodeid.
Modifikaatorgeenid Geenide koostoime, eriti polümeersuse uurimisel selgus, et mitte kõikide geenide toime tunnusele, mida nad määravad, ei ole võrdne. Eksisteerivad nn põhigeenid, mis määravad tunnuse kujunemise kvalitatiivses mõttes, st kas tunnus üldse kujuneb või mitte, kuid nende kõrval esinevad veel ka modifikaatorgeenid, mis tugevdavad või nõrgendavad tunnuse avaldumist. Näitena võib tuua musta ja valge karvakatte vahekorra mustakirjutel veisetõugudel. Ehkki karvkatte ühtlane pigmenteerumine üle kogu keha ja kirju värvus on kvalitatiivsed tunnused, mis määratakse ühe alleelipaariga, oleneb valge ja musta värvuse vahekord vähemalt kahest paarist modifikaatorgeenist. Iga geenipaari mõju on aga nii väike, et lahknemist on sageli raske näidata. Sel juhul räägitakse kirjut värvust põhjustava geeni erinevast ekspressiivsusest (ekspressiivsus näitab tunnuse varieeruvust isendeil). Kirju värvus on modifitseeritav kahe paari alleelsete geenidega: ühe geenipaari dominantne alleel vähendab musta karvkatte pinda, teise geenipaari retsessiivne alleel aga suurendab seda. Modifikaatorgeenide toime tõttu ja keskkonnategurite mõjul võib mõne dominantse või retsessiivse geeni toime isendeil üldse mitte avalduda. Seda nimetatakse geeni osaliseks penetrantsuseks. Penetrantsus näitab vastava genotüübiga isendite osatähtsust (%-des), kellel tunnus fenotüübiliselt avaldub. Kui näiteks 80%-l kanadest avaldub fenotüübiliselt käharsulisus, siis on penetrantsus 80%.
Pleiotroopsus Geenide koostoimel ja mitme geenipaari mõjul ühele tunnusele on olemas ka vastandnähtus: ühe geeni toime üheaegselt mitmele tunnusele. Seda nimetatakse pleiotroopsuseks ehk polüfeensuseks. Geenide pleiotroopne toime on tõenäoliselt seotud mõnede ainete sünteesiga, mis mõjuvad mitmele organismi tunnusele. Pleiotroopsusega seletub ka geneetiline korrelatsioon tunnuste vahel. See on nähtus, kus ühe organi või tunnuse muutusega kaasneb teise organi või tunnuse muutus. Näiteks kollast karvkattevärvust põhjustav geen hiirtel kutsub samal ajal esile ainevahetuse aeglustumise, mistõttu hiired rasvuvad kergesti. Teise näitena võib tuua
44 karakull-lammaste halli villavärvuse seose seedehäiretega, mistõttu hallid talled hukkuvad ja elavad harva suguküpsuse saabumiseni.
GEENIDE INTRAKROMOSOOMNE REKOMBINATSIOON (MORGANISM) Lisaks geenide rekombinatsioonile diploidsetel organismidel eri kromosoomipaaride vahel, esineb ka geenide rekombinatsioon ehk ümberpaiknemine ühest homoloogsest kromosoomist teise. Intrakromsoomse rekombinatsiooni alused töötasid välja USA teadlased eesotsas T. Morganiga. Uurimisobjektiks kasutati seejuures äädikakärbest, kes sigib kiiresti ja omab vähe (4 paari) kromosoome. Keskmiselt kahe nädalaga annab üks ema kuni 100 järglast.
Geenide aheldus Geenide arv mistahes liigil ületab alati selle liigi kromosoomide arvu. Seepärast peab igas kromosoomis asuma hulk geene ning nad peavad esinema aheldusrühmadena. Kõik geenid, mis asuvad ühes kromosoomis, päranduvad enamasti koos, aheldunutena. Ühes kromosoomipaaris asuvate geenide suhtes ei kehti Mendeli kolmas seadus, sest need geenid ei lahkne meioosis üksteisest sõltumatult, vaid päranduvad enamasti olemasolevates kombinat- sioonides. Morgan nimetas ühes kromosoomis paiknevaid geene aheldunud geenideks. Ta tõestas, et geenide aheldus eksisteerib tõepoolest, kuid see pole absoluutne, sest mõnedel juhtudel võivad homoloogsed kromosoomid vahetada osi (geene). Seda protsessi nimetatakse ristsiirdeks ehk krossingoveriks. Selle tagajärjeks ongi intrakromosoomne rekombinatsioon ­ alleelsete geenide vahetus homoloogsete kromosoomide vahel. Diheterosügootsetel isenditel moodustub alleelipaaride paiknemise korral erinevates kromosoomipaarides 4 gameeditüüpi (AB, Ab, aB, ab), kuid alleelide paiknemisel ühes kromosoomipaaris moodustub ainult kaks gameeditüüpi (AB ja ab). Viimasel juhul ei saada dihübriidide ristamisel mitte 4 fenotüüpi vahekorras 9:3:3:1, vaid ainult 2 fenotüüpi, samad mis esinesid vanematel ning lahknemis- suhe on nagu monohübriidsel ristamisel 3:1. Geenide ahelduse korral kasutatakse eri sümboolikat. Nii märgitakse ühes kromosoomipaaris aheldunud geenidega heterosügoote:A B a b Erinevates kromosoomipaarides paiknevad geenid heterosügootidel tähistatakse: A B a b Tsiss-asendi puhul on ühes kromosoomis 2 dominantset geeni ja teises 2 retsessiivset geeni: A B a b Trans-asendis aga mõlemas kromosoomis üks dominantne ja teine retsessiivne geen: A b a B Ahelduse määramiseks kasutatakse tavaliselt analüüsivat ristamist (AaBb x aabb). Kui saadakse ainult või valdavalt 2 fenotüüpi, millised esinesid vanematel, asuvad need geenid ühes kromosoomis ja nad on aheldunud. Geenide ahelduse olemuse tegi Morgan kindlaks katsetes äädikakärbestega. Ta ristas halle pikatiivalisi (dominantsed homosügootsed) kärbseid mustade lühitiivaliste kärbestega. Esimese põlvkonna järglased olid kõik ühetaolised - hallid ja pikatiivalised (vastavalt Mendeli I seadusele). Esimese põlvkonna hübriidide ristamisel ei saadud nelja erineva fenotüübiga järglasi 9:3:3:1, vaid peamiselt halle pikatiivalisi ja musti lühitiivalisi. Sellise tulemuse põhjal järeldati, et kehavärvust ja tiivapikkust määravad geenid peavad asuma ühes kromosoomis ja päranduvad seetõttu koos ehk aheldunult. Kui ühes kromosoomis asuvad geenid päranduvad
45 koos, siis peaks hallid kärbsed olema alati pikatiivalised ja mustad kärbsed lühitiivalised. Kuid ristamiskatsetel saadi ka halle lühitiivalisi ja musti pikatiivalisi äädikakärbseid. Sellest järeldati, et intrakromosoomselt toimub geenide katkemine ja osade vahetus homoloogsete kromosoomide vahel. Seda nähtust hakati nimetama ristsiirdeks ehk krossingoveriks. Sugurakke, kus toimub krossingover, nimetatakse rekombinantseteks. Rekombinant- sete gameetide arv kahe konkreetse geeni puhul on suhteliselt püsiv. Erinevate geenipaaride vahel aga varieerub krossingoveri sagedus (rekombinantsete isendite protsent järglaste hulgast) suurel määral. Krossingoveri sagedus võimaldas Morganil teha olulise järelduse krossingoveri sageduse ja lookustevahelise kauguse seose kohta: mida kaugemal geenid kromosoomis üksteisest asuvad, seda suurem on nendevahelise krossingoveri tõenäosus. Sellest lähtudes töötati välja meetodid geenidevahelise kauguse mõõtmiseks ja geenide järjestuse määramiseks krossingoveri alusel. Krossingoveri sageduse alusel koostatakse erinevate loomaliikide kromosoomikaardid, kus määratakse ära teadaolevate geenide suhteline järjestus aheldusrühmas (kromosoomis). Krossingoveri olemasolu on tõestatud ka põllumajandusloomadel. Näiteks käharsuliste kukkede ja valgete normaalsuliste kanade ristamisel olid 80,3% järglastest vanematega sarnased, kuid 19,7% olid rekombinantsed (valged käharsulised ja mustad normaalsulised). Retsiprooksel ristamisel, vastupidiselt, nüüd kuked valged normaalsulised ja kanad mustad käharsulised, saadi rekombinante peaaegu sama palju ­ 18,2%. See tõestab, et ristsiire esineb mõlemal sugupoolel võrdse sagedusega. Ristsiirde sagedus näitab ahelduse püsivust lookuste vahel. Kui rekombinante moodustub vähem, on lookused tugevamini aheldunud ja vastupidi. Geenidevahelise kauguse mõõtühikuks on morgan. Kui ristsiirdesagedus on 1%, siis geenide vahekaugus on 1 morgan. Kui näiteks lookuste vahekaugus kromosoomis on 18 morganit, siis tähendab see seda, et analüüsival ristamisel saadakse 18% rekombinantseid ja 82% fenotüübilt vanematega sarnaseid järglasi. Erinevates katsetes saadav rekombinantsete isendite sagedus on püsiv, mis tõestab, et geenid asuvad kromosoomides kindlalt fikseeritud kohtades ­ lookustes. Lähtudes krossin- goveri esinemissagedusest on võimalik määrata lookuste suhteline vahekaugus ühes aheldusrühmas, seejärel aga kindlaks teha iga geeni asukoht teiste geenide suhtes ­ koostada geneetiline kromosoomikaart. Geenide ahelduse tundmine on olulise tähtsusega põllumajandusloomade selekt- sioonis. Kui kaks geeni asuvad ühes kromosoomis, tähendab see seda, et vastavad tunnused on samuti päritavad enamasti üheskoos (kui ei toimu ristsiiret). Ebasoovitava ahelduse puhul tuleb aretajal leida rekombinantseid isendeid, kellel aheldus puudub.
GENOTÜÜP JA KESKKOND Genotüüpi võib määratleda kui koostoimivate geenide kogumit, mis määrab organismi reaktsiooninormi erinevates keskkonnatingimustes. Fenotüüp on aga organismi tunnuste kogum, genotüübi realiseerumise tulemus teatud keskkonnatingimustes. Fenotüübis ei realiseeru kunagi kõik genotüübis kodeeritud võimalused. Isendi fenotüüp on vaid tema genotüübi avaldumise erijuhus kindlates keskkonnatingimustes. Nii on genotüübi realisee- rumine piiratud konkreetsete keskkonnatingimustega, milles organism areneb. Genotüüpi võib vaadelda kui potentsiaalset võimete kogumit arenguks teatud suundades. Nende võimete realiseerimiseks annab võimaluse keskkond. Isendi arengus (ontogeneesis) määrab genotüüp biokeemiliste reaktsioonide toimumise järjekorra, aja, suuna ja kiiruse. Nende rektsioonide lõpptulemuseks on organismi teatavate tunnuste (fenotüübi) kujunemine. Seejuures on tunnuste fenotüübiliste muutuste piirid ehk reaktsiooninorm geneetiliselt determineeritud.
46 Vaatamata sellele, et keskkonnatingimuste muutmise võimalused on praktiliselt piiramatud, toimuvad tunnuste modifikatsioonilised muutused ontogeneesi jooksul teatud piirides. Nende piiride ületamine lõpeb organismi hävimisega. Reaktsiooninorm on seega organismi keskkonnatingimustega kohanemise võimete piir. Teades reaktsiooninormi ja erinevate keskkonnatingimuste mõju genotüübis peituvate eelduste (geneetilise potentsiaali) avaldumisele, on võimalik põllumajandusloomade ontogeneesi juhtida soovitud suunas ja muuta nende produktiivsust soovitud suunas. Teisisõnu, loomadele tuleb luua sellised keskkonnatingimused, kus nende geneetiliselt määratletud produktiivsus oleks maksimaalne. Organismil on evolutsiooni jooksul välja kujunenud mitmeid füsioloogilisi kaitse- mehhanisme , mis aitavad tal kohaneda antud keskkonnatingimustega. Näiteks immuunsus , mis aitab organismil antikehade avaldada vastupanu sinna tunginud haigustekitajatega (antigeenidega). Teise näitena võib tuua loomade käitumise. Käitumine peegeldab organismi kohanemist keskkonnaga ontogeneesi jooksul. Käitumise määravad nii tingimatud (kaasasündinud instinktid) kui ka tingitud (eluajal omandatud) refleksid. Tingitud reflekside kujunemise kiirust on võimalik valikuga muuta. Valikuga jäetakse alles ja antakse võimalus sigida neil isendid isendeil, kellel kujunevad kiiremini välja tingitud refleksid antud keskkonnatingimustes (kohanevad paremini). Organismi on kõige kergem mõjutada nn kriitilistel perioodel. Kriitiline periood on aeg, kui toimub teatava koe või organi arengus valgusünteesi muutus ning algab diferent- seerumise etapp ja morfogenees . Kriitilistel perioodidel võivad keskkonnategurite mõjul tekkida fenotüübilised muutused - morfoosid. Mõned morfoosid sarnanevad mutantsetest geenidest põhjustatud muutustele. Neid muutusi nimetatakse fenokoopiateks. Sellised muutu- sed sarnanevad mutatsioonidele kuid need ei ole pärilikud. Eelsoodumus fenokoopiate tekkimiseks on määratletud genotüübiga. Kriitilisteks perioodideks eri liiki põllumajandus- loomadel on esimesed tiinusnädalad, kui toimub intensiivne diferentseerumine ning kudede ja organite teke. Kõrgematel organismidel on keskkonna toime isendi arengule embrüonaalsel perioodil suhteliselt nõrk. Loode areneb kas ema organismis või munas. Seevastu postanataalsel (sünnijärgsel) perioodil mõjub organismile palju keskkonnatingimusi, mis määravad genotüübis paikneva geneetilise informatsiooni realiseerumise. Keskkonnateguritest mõjutab loomade arengut kõige enam sööda kogus, vajalike toitainete sisaldus söödas, sööda kvaliteet, välistemperatuur, päikesekiirgus, patogeensed (haigust tekitavad) faktorid, pidamistingimused jne. Näiteks määrab kanadel rasvkoe kollase värvuse retsessiivne geen w. Dominantse geeniga (W) isendeil on naha, noka ja jalgade rasvkoe värvus valge. Kui aga linnud saavad söödaga vähe karotinoide (neist moodustub kollane pigment), siis vastavalt genotüübile ww muutuvad nende nahk, jalad ja nokk valgeks, nagu see on W-isendeil. Toodud näites on tegemist fenokoopiaga - geneetiliselt põhjustatud mutatsiooni ei saa eristada keskkonna toimel tekkinud modifikatsioonidest. Ka keskkonna temperatuur võib modifitseerida geenide toimet. Temperatuurikõiku- miste talumise võime on loomadel erinev. Nii näiteks talub seebu (küüruga veis) hästi Aafrika ja Lõuna- Aasia kõrgeid temperatuure (evolutsiooni ja selektsiooni toimel on kohanenud antud keskkonnaga), kuid Euroopa veistõugude kohanemine neis tingimustes on komplitseeritud . Samuti mõjutab genotüüpi ka päikesevalgus. Näiteks päikesekiirguse mõju täheldatak- se herefordi veisetõul, kus valgepealistel loomadel (pigmenteerumata silmalaugudega) võib tekkida silmavähk. Üldtuntud on valguspäeva kestuse mõju kanade munaproduktiivsusele. Munatoodangu suurendamiseks kasutatakse sageli valguspäeva kunstlikku pikendamist. Organismi geneetilise potentsiaali avaldumist (fenotüübi kaudu) mõjutavad ka mitmed haigustekitajad ja allergilised faktorid. Nii on sageli raske määrata, kui suurel määral mõju-
47 tavad antud tunnuse fenotüübilist variatsiooni (muutlikkust) geneetilised tegurid (genotüüp) ja kui palju keskkond. Keskkonna ja genotüübi mõju osatähtsuse selgitamisel erinevatele tunnustele on sobivaks meetodiks osutunud identsete (monosügootsete ehk ühemuna-) ja disügootsete (erimuna-) kaksikute uurimised. Kaksikutemeetodi eelis keskkonnategurite mõju uurimisel ontogeneesile seisneb põhiliselt selles, et ühemunakaksikutel on identne genotüüp. Selleks, et kindlaks teha keskkonnategurite mõju osatähtsust, uuritakse identsete kaksikute paare erinevates tingimustes ja jälgitakse tunnuste kokkulangevust (konkordantsust) või mittekokkulangevust (diskordantsust). Arvatakse, et paljudes katsetes on üks identsete kaksikute paar võrdne 10...25 loomaga katse- ja kontrollrühmas. Keskkonnatingimused võivad moonutada tõelist pilti looma geneetilistest eeldustest (genotüübist). Eriti kehtib see aga polümeersete tunnuste suhtes, sest nende mõjutatavus keskkonnatingimustest on eriti suur. Geneetiliselt määratud kõrge toodanguvõimega loom, sattudes halbadesse keskkonnatingimustesse, võib oma jõudluselt (fenotüübilt) isegi alla jääda keskpärase geneetilise potentsiaaliga loomale, rääkimata tema absoluutse toodanguvõime (toodangu maksimumi) objektiivsest hindamisest. Seepärast püütakse loomade geneetilist väärtust - aretus - väärtust - hinnata alati soodsates keskkonnatingimustes. Kõige õigem on neid muidugi hinnata sellistes tingimustes, mille jaoks loomi aretatakse, st valiku ajal kehtivad keskkonnatingimused peaksid olema võimalikult lähedased nendele, mis kehtivad enamiku loomade pidamisel. Ainult siis on kindlustatud maksimaalne selektsiooniefekt. Valik halbades keskkonnatingimustes annab efekti küll loomade vastupanuvõime tõstmisel puudulikele tingimustele, kuid ei kindlusta loomade jõudluse suurenemist juhuks, kui keskkonnatingimused paranevad. Selle põhjuseks on nn interaktsioon genotüübi ja keskkonna vahel. Selle interaktsiooni põhjuseks on tõenäoliselt erinevad geenid, mis mõjutavad tunnust heades ja halbades tingimustes. Genotüübi ja keskkonna interaktsiooni tõttu võib valik halbades tingimustes anda vastupidise efekti soovitule, kui järglasi hakatakse pidama normaalsetes tingimustes. Siiski ei saavutata ainult fenotüübi järgi hindamisel kunagi 100%-list täpsust (tõenäosust) genotüübi määramisel. Eriti kehtib see jõudlusomaduste suhtes. Kuna loomade valikul on kasutada vaid fenotüübi hindamise andmed, on selektsiooni üheks põhiprobleemiks genotüübi võimalikult täpsem hindamine fenotüübi järgi. Sageli on vaidlusi põhjustanud küsimus ema mõjust loote arengule, eelkõige imetajate puhul. Selleks on põhjust andnud sageli esinev järglaste suurem sarnasus emaga kui isaga. Siiski ei ole ema mõju järglastele geneetilises mõttes suurem kui isal. Asjaolu, et järglase areng toimub küllaltki pikka aega ema organismis, ning see, et diferentseerumisprotsessi algus on munaraku tsütoplasmas sisalduva geneetilise informatsiooni kontrolli all, võib tõepoolest järglase fenotüüpi kallutada ema poole. Printsipiaalselt ei ole aga ema mõju erinev teistest keskkonna mõjudest, mis modifitseerivad ontogeneesi. Emalt võivad järglastele edasi kanduda ka mõned infektsioossed faktorid (pulloroos lindudel, piimanäärme vähk hiirtel). Mõnedel juhtudel võib ema ja loote immunoloogiline sobimatus põhjustada järglastel haiguslikke nähte (hemolüütiline haigus sigadel ja hobustel ).
A ­ interaktsioon G x E; B ­ interaktsioon G x E puudub
Joonis. Genotüübi ja keskkonna interaktsioon
48 MOLEKULAARBIOLOOGIA JA REKOMBINANT-DNA TEHNOLOOGIA
Rekombinant-DNA (hübriidse DNA) tehnoloogia on tänapäeva geneetika ja moleku- laarbioloogia peamisi meetodeid, mis leiab üha enam kasutamist ka loomakasvatuses ja veterinaarmeditsiinis. Rekombinant-DNA tehnoloogia kasutusele võtmine on oluliselt avar- danud võimalusi uurida geenide molekulaarset struktuuri ning pärilikkuse biokeemiat. Ühtlasi on tänu rekombinant-DNA tehnoloogiale astutud kvalitatiivne samm edasi biotehnoloogias ja haiguste diagnostikas.
Rekombinant-DNA tehnoloogia põhimeetodid on järgmised: 1) DNA molekuli lõhestamine e lõikamine fragmentideks restriktsiooniensüümide abil, mis lõhuvad sidemed nukleiinhapete (NH) vahel spetsiifilise nukleiinhapete järjes- tusega piirkonnas (iga ensüümi jaoks eri NH järjestus) 2) Nukleiinhappeline hübridiseerimine - tänu DNA, RNA molekulide võimele siduda vabasid NHid on võimalik teatud NH-järjestusega vabade märgistatud DNA-fragmen- tide abil avastada komplementaarse järjestusega lõike uuritavas DNA või RNA molekulis. 3) DNA kloonimine - ühe DNA fragmendi alusel on võimalik sünteesida sama fragmendi miljoneid koopiaid. 4) DNA fragmendi nukleotiidide järjestuse määramine e sekveneerimine , mis võimaldab määratleda geenide NH-lise koostise, nende täpse asukoha kromosoomis, aga ka geeni poolt kodeeritavate valkude aminohappelise koostise. 5) Insenergeneetika- geenide DNA järjestuse muutmine ja muudetud geenide vôi uute geenide viimine rakkudesse ja organismi. Organismide geneetiline modifitseerimine.
Restriktsiooni- ehk piiravad ensüümid
1970. a avastati, et paljudel bakteritel on omadus lõhustada bakterirakku tunginud võõrast DNA-d (peamiselt bakterviiruseid) fragmentideks. Ensüüme e nukleaase, mille abil viiruste DNA lõhkumine toimus hakati nimetama restriktsiooniensüümideks, kuna nad olid määravaks teguriks sellise nähtuse puhul nagu peremehepoolne bakterviiruste infitsee- rivuse piiramine (ingl.k. host restriction). Restriktsiooni nukleaasidel ehk restriktaasidel on omadus lõigata DNA topeltahel läbi kindlas piirkonnas (lõikepiirkond - ingl. k. restriction site), mille määrab ära antud piir- konna DNA NH-järjestus (äratundmisjärjestused; ingl. k. recognition sequences- koosnevad 4-8 nukleotiidipaarist), kusjuures iga ensüümi jaoks on see erinev. Võrdluseks - nt DNA- aasid lõhustavad DNAd juhuslikult. Praegu tuntakse üle 100 restriktsiooni ensüümi ning praktiliselt on vôimalik mistahes geen vôi mistahes DNA fragment genoomist välja lõigata. Alljärgnevalt on toodud näitena viie enamkasutatava restriktaasi äratundmis-järjestused ja lõikepiirkonnad.
49 Joonis. Restriktsiooniensüümid
Kasutades erinevaid restriktaase, võime saada DNA fragmente, millel on kas tömbid (Hpa I) või siduvad otsad (ingl. k. cohesive ends). Viimased kujutavad endast lühikesi ühekordse ahela fragmente. Siduvate otsadega fragmente vôib omavahel taas liita, s.t teoreetiliselt võib mistahes geene omavahel liita. Selliseid DNA molekule, mis on eeltoodud moel moodustatud nimetataksegi rekombinant-DNA molekulideks, millest ka nimi kogu tehnoloogiale. Lisaks eeltoodule saab restriktaasi abil lõhustatud DNA molekuli uurida elektroforeetiliselt. Nimelt moodustub restriktaasi toimel DNA molekulist erineva pikkusega fragmente (restriktsiooni fragmendid ), millel on ka erinev molekulmass . DNA lõhustub nii mitmeks fragmendiks kui mitu vastavat lõikepiirkonda temas on. Elektroforeesil agaroosgeelis liiguvad need fragmendid erineva kiirusega asetudes ritta vastavalt molekulmassile. Need fragmendid värvitakse või märgistatakse radioaktiivsete isotoopidega ning määratakse nende molekul- mass. Sel teel saame DNA restriktsioonikaardi e profiili. Selle alusel on võimalik võrrelda erinevate isendite geneetilisi koode ilma NH järjestust määramata. Samuti saab määrata nt erinevate mikroobitüvede geneetilist sugulust.
Rekombinant DNA ja DNA kloonimine DNA kloonimise all môistame teatud DNA lôigu paljundamist. Selleks kasutatakse isepaljunevaid süsteeme vôi polümeraas-ahelreaktsioooni. Isepaljunevate süsteemidena (nimetatakse ka vektoriteks) kasutatakse tavaliselt baketerite plasmiide vôi viiruseid - bakteriofaage. Vajalik DNA-lôik ühendatakse vektoriga ja moodustunud rekombinant-DNA viiakse bakteri rakku, kus vektor asub paljunema tootes lühikese ajaga miljoneid koopiaid meid huvitavast DNA-fragmendist.
50 Plasmiidide abil geeni paljundamise pôhietapid on järgmised 1) plasmiidi isoleerimine bakterirakust (tavaliselt kasutatakse E. coli plasmiide); 2) plasmiidi "lôikamine" spetsiifilise restriktaasiga; 3) paljundatava geeni vôi DNA-lôigu "väljalôikamine" kromosoomist sama restriktaasiga s.o geeni isoleerimine; 4) isoleeritud geeni "istutamine" plasmiidi 5) plasmiidi viimine bakterirakku ja bakteri kasvatamine, mille käigus paljuneb ka vastav plasmiid . 6) paljundatud geeni isoleerimine plasmiididest.
Joonis. Kloonimine plasmiidi abil
Teiseks DNA kloonimise vôimaluseks on polümeraas-ahelreaktsiooni (PCR- poly - merase chain reaction) kasutamine. PCR on tänapäeval üks peamisi meetodeid, mida kasutatakse molekulaarbioloogias. Selle meetodi eest omistati 1993.a K. Mullisele Nobeli preemia. PCR viiakse läbi biokee- milise reaktsioonina ja selle puhul ei vajata elusorganisme DNA kopeerimiseks. Reaktsioon pôhineb ensüümi DNA-polümeraas kasutamisel, mis katalüüsib DNA komplementaarse ahela sünteesi. PCR on DNA-molekuli paljundamine kunstlikes tingimustes. Reaktsiooni läbiviimiseks on eelnevalt vajalik teada uuritava DNA lôigu otste nukleotiidset järjestust, mille alusel disainida praimerid, mis on tavaliselt kuni 30 oligonukleotiidi pikkused. PCRi käivitamiseks kasutatakse kahte oligonukleotiidset väiksest arvust (kuni 30) nukleotiidist koosnevat praimerit (ingl. k. primer), mis kumbki vastavad ühe komplemen- taarse DNA ahela alguse nukleotiidsele järjestusele ja talitlevad kui ensüümi substraat , kuna neil on vabad otsad uute nukleotiidide sidumiseks.
PCR pôhietapid on järgmised (vt ka joonis): 1) topeltahelalise DNA denaturatsioon kaheks üksikahelaks kôrge temperatuuriga (90-95 °C; 40-60 sek); 2) praimerite seostamine (hübridiseerimine, anniilimine) DNA-le toimub tavaliselt temperatuuril 50-70°C (ca 30 sek);
51 3) komplementaarse DNA ahela süntees DNA-polümeraasi toimel (70-75 °C juures, aeg sôltub lôigu pikkusest, kuid ca 1-3 min). Kasutatav ensüüm on termostabiilne ja on isoleeritud kuumaveeallikates elavatest bakteritest (nt Thermus aquaticus, temalt saadud ensüümi nimetatakse TaqI).
Reaktsioonis (PCRis) kasutatavad komponendid ( maatriks -DNA, praimerid, ensüüm ja vabad nukleotiidid) viiakse kohe algselt ühte katsutisse. Kuna ahelreaktsiooni etapid toimuvad erineva temperatuuri juures, siis on kogu protsess juhitav temperatuuri abil ja vastavaid tsükleid vôib korrata kümneid kordi . Igas tsüklis DNA hulk teoreetiliselt kahe- kordistub. Praktiliselt hilisemates tsüklites on reaktsiooni efektiivsus väiksem, kuna ensüümi aktiivsus langeb, samuti lôpevad otsa vabad nukleotiidid. Neid juurde pole aga vôimalik lisada. Saadud koopiate arv ulatub aga 30 tsükli järel juba miljonitesse, mis on piisav mistahes analüüsiks. PCR produkt eraldatakse lahusest elektroforeesiga agargeelis. PCR-i saab kasutada ka diagnostilisel eesmärgil: teatud DNA vôi RNA järjestuse (viiruste vôi bakterite) avastamiseks uuritavas materjalis vôi näiteks geenidefektide avas- tamiseks genoomis . Tema tundlikkus on teoreetiliselt selline, et kui uuritavas materjalis on üks DNA-molekul, mille järjestus ühtub materjalile lisatava praimeriga, siis on see avastatav. RNA uurimiseks ja paljundamiseks PCR meetodil on esmalt vajalik RNA transkribeerida DNA-ks, mida saab teha ensüümi- pöördtranskriptaasi abil, mida leidub retroviirustest nakatunud rakkudes. Sel moel sünteesitud DNA-st on vôimalik saada hiljem taas RNA-molekulid.
Joonis. Polümeraas-ahelreaktsiooni etapid
Pôhilised valdkonnad, kus insenergeneetikal on laiem perspektiiv . 1) Teatud spetsiifiliste molekulide tootmine suurtes hulkades . Siia kuuluvad esmajoones DNA ja RNA molekulid, kuid samuti mitmesuguste proteiinide produktsioon, millele eelneb vastava geeni viimine sobiva peremehe genoomi (eelkôige bakterid, kuid ka taimed ja loomad). Sel teel on vôimalik produtseerida nii ensüüme kui hormoone kui ka viiruse kapsliproteiine, mida saab kasutada kui vaktsiine .
52 2) Defektsete geenide ja ka resistentsuse ning mistahes muid tunnuseid kandvate geenide lokaliseerimiseks genoomis. 3) Transgeensete (liigivôôraid geene omavate vôi teatud liigiomaste geenideta organis- mid) isendite ja organismide loomine. Esmajoones tulevad siin kõne alla mikroobsed organismid (bakterid, seened), aga ka taimed, keda on vôimalik rakendada tôhusamalt teenima inimkonna huve.
Transgeensed kôrgemad loomad on aga olulised nii geenide talitluse kui pärilike defektide uurimisel. Enim on toodetud transgeenseid hiiri , kellel puuduvad terved geenid, mistõttu neid kasutatakse just geenide funktsioonide uurimisel.
GMO ­ GENEETILISELT MUUNDATUD ORGANISM
GMO ­ on organism, mille pärilikkustegureid (genoomi) on inimese poolt muudetud viisil, mida looduses ei esine. Geneetiline muundamine leiab aset siis, kui kasutatakse vähemalt ühte järgmistest meetoditest: 1) rekombinantse nukleiinhappe tehnikaid, millega luuakse väljaspool organismi geneetilise materjali muundatud kombinatsioone ja mis viiakse peremeesorganismi, kus neid looduslikult ei esine, kuid milles on nad võimelised jätkuvalt paljunema; 2) väljaspool organismi valmistatud päriliku materjali organismi viimist; 3) looduses mitteesineval viisil kahe või enama raku ühinemisega muundatud geneetilise materjaliga elusrakkude saamist.
Geneetiliseks muundamiseks ei loeta*: 1) viljastamist väljaspool vanemorganismi; 2) konjugatsiooni, transduktsiooni, transformatsiooni või mõnd muud looduslikku protsessi; 3) indutseeritud polüploidsust. 4) mutatsioonide indutseerimist. * - kehtib tingimusel, et ei kasutata rekombinantse DNA molekule või geneetiliselt muun- datud organismi.
Transgeensed taimed ja loomad Transgeensete taimede ja loomade konstrueerimisel on kolm põhilist eesmärki: 1) soovitavate tunnuste lisamine või võimendamine kultuurtaimedel ja koduloomadel 2) huvipakkuva produkti tootmine taimes või loomas 3) transgeensete organisminde konstrueerimine eesmärgiga uurida bioloogiliste protsesside toimumise molekulaarseid mehhanisme.
GENEETILISELT MUUNDATUD TAIMED Taimerakkude arengubioloogiline programm erineb loomarakkude omast ühe väga olulise iseärasuse poolest. Nimelt säilitavad kõik taimerakud kogu oma eluea vältel toti - potentsuse ehk teisisõnu on teatud tingimustel võimelised dediferentseeruma ning alustama organismi ontogeneesi n.ö otsast peale. Totipotentsus võimaldab sisuliselt ükskõik millisest kultuuri viidud taimerakust uuesti regenereerida tervikliku õitseva ja viljuva taime. Seetõttu on muuhulgas võimalik ka transgeensete taimede konstrueerimine, kasutades geenitehno- loogilisteks manipulatsioonideks diferentseerunud kudedest pärit rakke (nt lehe mesofülli rakud või juurerakud). Transgeensete loomade konstrueerimisel seevastu saab kasutada
53 üksnes sügooti või väga varajases arengustaadiumis embrüonaalseid rakke, kuna üksnes need on veel säilitanud totipotentsuse. Diferentseerunud taimerakkudega töötamine ning nendest lähtudes uute terviklike taimede regenereerimine eeldab aga häid teadmisi taimede koekultuurist. Koekultuuri rakku- dega õige manipuleerimine ongi peaaegu kõigi hetkel inimese käsutuses olevate transgeensete taimede konstrueerimise meetodite kasutamise eelduseks .
Võõraste geenide taimedesse viimiseks kasutatakse: 1) agrobakteri poolt vahendatud geeniülekannet, 2) otsene DNA sisseviimine keemiliselt, elektriliselt või mehhaaniliselt töödeldud proto- plastidesse, 3) taimede pommitamine metalliosakestega, 4) taimede elektropoleerimine, 5) DNA sisseviimine mikroskoopiliste fiibritega või ultraheliga mehhaaniliselt vigastatud taimekudedesse.
Milleks lisatakse toiduainetele geene? Mais: vastupidavus putukate ja taimekaitsevahendite suhtes Sojauba : vastupidavus taimekaitsevahendite ja viiruste suhtes Raps: õli koostise muutmine, vastupidavus taimekaitsevahendite suhtes Kartul: vastupidavus putukate ja taimekaitsevahendite suhtes, suurem tärklisesisaldus Vaarikad: küpsemise aeglustamine Melon: küpsemise aeglustamine Nisu: vastupidavus taimekaitsevahendite suhtes, tärklisesortide muutmine Päevalill: õli koostise muutmine Köögiviljad: vastupidavus tainekaitsevahendite suhtes, parem säilivus Õun: vastupidavus haiguste suhtes, küpsemise aeglustamine.
Kloonimine Kõrgemate loomade kloonimise põhimõttelisi meetodeid on kaks: 1. Embrüokloonimine ­ embrüo tükeldamine pärast sügoodi pooldumist (blastomeeride eraldamine) ja saadud embrüote siirdamine surrogaatemadesse.
54 2. Somaatilise raku tuuma siirdamine munarakku ­ kloonitava organismi rakutuum eralda - takse ja viiakse munarakku, mille tuum on eelnevalt eemaldatud. Võimalik on ka somaatilise raku ja tuumata munaraku liitmine elektriimpulsi abil. Mõlemal juhul hakkab munarakk arenema nagu normaalne sügoot ning see siiratakse surrogaatemasse pärast esmaseid lõigus- tumisi.
Kuidas saadi Dolly ? 1. Lamba udaranäärmest eraldati rakud, mida kasvatati rakukultuurina katseklaasis 2. Rakkusid "näljutati", et nad lõpetaksid pooldumise. 3. Soikeseisundis rakkudelt võeti tuumad ja viidi munarakkudesse. 4. Munarakule anti elektriimpulss, mis aitas tuumal ja tsütoplasmaga "ühineda" ja aktiveeris raku ning see hakks uuesti poolduma 5. Saadud sügoodid viidi lamba munajuahasse, kus need arenesid moorula faasi. 6. Embrüod loputati välja ja valiti siirdamiseks sobivad embrüod, mis siirati surrogaat- uttedele. 7. 277-st munarakust saadi 29 siirdamiseks sobivat embrüot, millest sündis üks tall ­ Dolly.
Veise kloonimine lihtsustatult: 1. Ühelt lehmalt võeti üheksa päeva vanune loode 2. Lootest eraldati rakud 3. Rakke kasvatati kultuuris 4. Teiselt lehmalt võeti munarakk 5. Munarakust eraldati tuum koos kromosoomidega 6. Hoides pipeti vahel munarakku, viidi sinna doonorraku tuum 7. Munarakud viidi asendusemasse, kes kandis loote lõpuni.
Kui Dolly puhul kasutati kloonimiseks täiskasvanud looma rakku, siis vasika klooni- miseks kasutati looterakku. Loote teatud rakkudele on iseloomulik väga kiire paljunemine ja võime areneda kõigi kudede rakkudeks. Seetõttu on loote rakutuumast järglase loomine suhteliselt lihtsam. Kui Dolly saadi 277. katsel, siis 1999.a. jaanuaris sündinud kolmik- vasikate loomine õnnestus umbes 50. katsel.
55 Kõige üldisemalt toimub looterakkude abil kloonimine järgmiselt: 1) Lootelt pärinevaid rakke kasvatatakse algul katseklaasis, lisades neile kasvu ja arengut stimuleerivaid aineid 2) Valitakse välja sobivate püsivate omadustega rakuliin (rakukloon) 3) Viljastatud munarakult eemaldatakse tuum 4) Kloonitud looterakk ühendatakse elektriimpulsi abil munarakuga 5) Munarakk hakkab jagunema , arenedes mitmekümnest rakust koosnevaks embrüoks 6) Embrüo siiratakse lehma emakasse, kus ta areneb vasikaks.
Sarnaselt toimides on võimalik ühe rakuklooni rakkudest saada piiramatul hulgal vasikakoopiaid, kellel on kõigil ühesugused geneetilised omadused. Näiteks on loodud embrüokloon, mille rakud sisaldavad inimese seerumi albumiini sünteesiks vajalikku geeni. Seerumi albumiini vajadus kasvab järjest kogu maailmas, sest AIDS-i ohu tõttu kasutatakse doonorivere asemel üha rohkem sünteetilisi vereasendajaid, mille üks koostisosa on inimese seerumi albumiin . Lehmad, kes oma piima koostises toodaksid seda hinnalist valku, oleksid eriti väärtuslikud farmaatsiatööstustele. Sellest tule- nevalt toetavadki maailma juhtivad farmaatsiakompaniid geenisiirdamise ja kloonimisega seotud uuringud. Lisaks tuntakse huvi hemofiiliahaigete raviks hädavajalike vere hüübimise toimeainete tootmise ja inimestele transplantatsiooniks sobivate kudede ja organite kasva- tamise vastu.
Õppekirjandus:
Bowling, A.T. Horse Genetics. CAB International 1998. Fries R., Ruvinsky, A. The Genetics of Cattle. CABI Publishing, 1999. Griffiths A., Gelbart W., Miller J., Lewontin R. Modern genetic analysis. New York , 1999. Lodish, H., Baltimore , D., Berk , A., Zipursky, S. Lawrence ., Matsudaira, P., Darnell, J. Molecular Cell Biology. Scientific American Books , New York, 1997. Piper, L., Ruvinsky, A. The Genetics of Sheep. CAB International, 1997. Rothschild , M. F., Ruvimsky, A. The Genetics of the Pig. CAB International, 1998. Teinberg R. Põllumajandusloomade geneetika. Valgus, Tallinn 1978. Teinberg, R. Põllumajandusloomade erigeneetika. Valgus,Tallinn, 1983. Viikma M. Klassikalise geneetika leksikon. 1998. http://biomedicum.ut.ee/~martv/genolex.html
56 Punased silmad / Valged silmad
Joonis. Suguliiteline pärandumine äädikakärbsel
- punase silmavärvuse geen (dominantne) - valge silmavärvuse geen (retsessiivne) __________________________________________________________________
Joonis. Suguliiteline karvavärvuse päritavus kassidel
- must (XM)
- kolmevärviline (kilpkonnavärv ­ XMXK)
57 OTSERISTAMINE PÖÖRDRISTAMINE
PUNAKAS VIIRIK
Joonis. Suguliitelise sulestikuvärvuse päritavus kanadel B ­ hallikirju (viirik) b ­ punakas ___________________________________________________________________ MUSTAKIRJU PUNASEKIRJU
B ­ must b - punane
Joonis. Analüüsiva ristamise skeem ____________________________________________________________________ PUNANE MUSTAKIRJU
B ­ must b ­ punane S ­ ühtlane pigmenteerumine üle keha s ­ kirju
Joonis. Dihübriidse ristamise skeem domineerimise puhul
58 Rooshari Herneshari
Pähkelhari
Joonis. Harjavormide päritavus kanadel (komplementaarne geenitoime) R ­ roosharja määrav geen P ­ hernesharja geen RRpp ­ rooshari rrPP ­ herneshari RrPp ­ pähkelhari rrpp ­ lehthari e lihthari ________________________________________________________________________
KOLLANE KOLLANE
PUNAKASPRUUN
PUNAKASPRUUN KOLLANE VALGE
Joonis. Harjasevärvuse päritavus sigadel (komplementaarne geenitoime)
59 PRUUN VALGE
VALGE MUST PRUUN
Joonis. Karvavärvuse päritavus koertel (epistaatiline geenitoime) I ­ dominantne inhibiitorgeen, blokeerib pigmendi tekke i ­ retsessiivne alleel, võimaldab pigmendi sünteesi B ­ määrab musta värvuse b ­ määrab pruuni värvuse __________________________________________________________________________
HALL RAUDJAS
HALL MUST RAUDJAS
Joonis. Karvavärvuse päritavus hobustel (epistaatiline geenitoime)
R ­ nõrgendab pigmendi sünteesi r ­ võimaldab pigmendi sünteesi B ­ must b - raudjas
60 VALGE PLIMUTROK VALGE LEGHORN
VALGED VÄRVILISED
Joonis. Sulestikuvärvuse päritavus kanadel (epistaatiline geenitoime)
I ­ blokeerib pigmendi sünteesi C ­ võimaldab pigmendi sünteesi i - võimaldab pigmendi sünteesi cc ­ blokeerib pigmendi sünteesi _________________________________________________________________________
Joonis. Sulisjalgsuse päritavus kanadel (duplikaatne geenitoime)
A1; A2 - sulisjalgsuse geenid a1; a2 - paljasjalgsuse geenid
61