Lekce 4

DĚDIČNOST A POHLAVÍ
Lekce 4 kurzu GENETIKA
Doc. RNDr. Jindřich Bříza, CSc.
• V evoluci předcházejí asexuální organismy organismům
sexuálním a organismy haploidní organismům diploidním.
• Sexualita se může projevit i bez existence specializovaných
pohlavních buněk a bez existence diferencovaných
pohlavních orgánů - obecně se za sexuální organismus
označuje každý organismus, u kterého dochází v průběhu
jeho životního cyklu ke střídání haploidní a diploidní fáze,
přičemž redukce diploidního počtu chromozómů
somatických buněk na haploidní se dosahuje meiotickým
dělením.
• Životní cyklus může být buď
haplodiplontický (rostliny),
diplontický (živočichové a
některé hnědé řasy) a
haplontický (houby, některé
zelené řasy a mnoho
protozoí).
• Příčinou, pro kterou došlo v evoluci k vytvoření organismů
sexuálních, bylo zajištění maximální genotypové variability.
• Nepohlavním rozmnožováním vznikají jedinci genotypově totožní,
potomstvo vzniklé pohlavním rozmnožováním je genotypově
různorodé, a to díky segregaci a rekombinaci chromozómů a alel
při meióze a díky vzniku rozmanitých alelových sestav při
oplození.
• Někdy sice dochází k retrogresi sexuality, např. při
partenogenezi, ale obecně platí, že nahrazení sexuality
asexualitou je vhodné z hlediska existence organismu či taxonu
jen za určitých, zcela specifických podmínek vnějšího prostředí,
avšak při jejich změně je organismus či taxon při absenci
sexuality vážně ohrožen.
• Evolučně nižším typem pohlavnosti je hermafroditizmus: pohlaví
jedinců není rozlišeno, vytvářejí gamety obou pohlavních typů
popř. jen izogamety (většina druhů rostlin a někteří nižší
živočichové).
• U gonochorických živočichů (tj. u živočichů, u nichž daný
jedinec produkuje pohlavní buňky buď pouze samčí nebo
pouze samičí) a dvoudomých rostlin je v potomstvu poměr
obou pohlaví vždy 1:1. To odpovídá výsledku křížení
monohybrida s homozygotně recesivním jedincem (Aa x aa)
→ předpoklad, že jeden z rodičů je analogický heterozygotu
a druhý homozygotu. Tento předpoklad se ukázal
správným.
• Základní rysy pohlavnosti jsou u všech eukaryotických
organizmů shodné: vyvinuly se dva typy pohlaví (pohlavních
orgánů a v nich vznikajících samčích a samičích gamet) a
nová generace vzniká splýváním gamet.
• Základní rozdíl mezi samčí a
samičí gametou spočívá v
jejich velikosti - samčí jsou
malé, samičí relativně veliké.
• Organismy rozdělujeme na monoecické (jedinec nese samčí i
samičí reprodukční orgány) a dioecické (jedinec má buď samčí
nebo samičí reprodukční orgány).
• U dioecických druhů je pohlaví určeno buď geneticky
(chromozómově nebo genotypově) či environmentálně.
Vertebrate sex determination systems. Phylogeny of major vertebrate clades showing the sex
determining systems found in members of the respective clade. „Mulitple“ indicates
involvement of more than one pair of chromosomes in sex determ.
Current Biology, 16, (17) R736 - R743, 2006
Chromozómové určení pohlaví
• Existenci pohlavních chromozómů zjistil poprvé C. E. McClung v
roce 1902 a v roce 1905 byl u ploštice Protenor dokumentován
první příklad chromozómového určení pohlaví.
• V r. 1909 označil E. B. Wilson tyto pohlavní chromozómy
(heterochromozómy, gonozómy) jako X a Y (nepohlavní
chromozómy se označují jako autozómy).
• Somatické buňky homogametického pohlaví mají dva
chromozómy X (konstituce XX), zatímco heterogametického
pohlaví jeden chromozóm X a jeden Y (konstituce XY) nebo
pouze jeden chromozóm X (konstituce X0) - používá se, je-li
homogametickým pohlavím pohlaví samičí.
• Jestliže je homogametické pohlaví samčí, označení pohlavních
chromozómů je Z a W - homogametické pohlaví má konstituci ZZ,
heterogametické ZW.
• Typy chromozómového určení pohlaví
a) Typ XX – XY (Lygaeus, ploštička)
- samičí pohlaví je homogametické (XX)
- samčí pohlaví je heterogametické (XY)
- charakteristické pro většinu hmyzích řádů, všechny savce
(odtud alternativní označení tohoto typu určení pohlaví jako
savčí), některé ryby, plaze a pro většinu dvoudomých rostlin
b) Typ XX – X0 (Protenor, ploštice)
- samičí pohlaví je homogametické (XX)
- samčí pohlaví je heterogametické (X0)
- rovnokřídlý hmyz
c) Typ ZZ – ZW (Abraxas, píďalka angreštová)
- samičí pohlaví heterogametické (ZW)
- samčí pohlaví homogametické (ZZ)
- charakteristické pro všechny ptáky (odtud druhý název tohoto
typu jako ptačí), motýly, některé ryby, obojživelníky a plaze, u
rostlin jen ojediněle
d) Haplodiploidní organismy
- např. Hymenoptera (blanokřídlí) – nemají pohlavní chromozómy,
pohlaví je určeno počtem všech chromozómů, tj. 2n = samice,
n = samec
- samičí sourozenci jsou si navzájem geneticky bližší (průměrná
míra příbuznosti mezi sestrami je 75 %) než sourozenci samčí
(průměrná míra příbuznosti mezi bratry 50 %)
- větší genetická příbuznost mezi sourozenci samičího pohlaví
může u haplodiploidních druhů přispívat k vysokému stupni
sociální kooperace, kterou pozorujeme mezi samicemi
(dělnicemi)
• Téměř u všech savců je pro vznik samčího fenotypu nutná
přítomnost chromozómu Y (např. člověk konstituce X0, tzv.
Turnerův syndrom, je fenotypově žena, jedinec konstituce XXY,
Klinefelterův syndrom, je fenotypově muž, i když má dva
chromozómy X).
• Ukázalo se, že chromozóm Y řídí tvorbu určitého genového
produktu, který funguje jako nezbytný "přepínač" vývoje, který
normálně směřuje k fenotypu samičímu. Podařilo se to studiem
raritních jedinců s genotypem XX a samčím fenotypem resp.
jedinců XY a fenotypem samičím (tito XX samci mají do svého
genomu translokovanou - přesunutou - malou část chromozómu
Y, a to tu, jež tento switch gen obsahuje, a naopak XY samice tuto
malou část chromozómu Y postrádají). Ne všichni jedinci
genotypu XY ale fenotypově ženského pohlaví (prsa, vagína, ale
sterilní) však musí nezbytně vzniknout popisovanou absencí malé
části chromozómu Y. Může jít také o následek mutace v
hormonálním receptoru, díku čemuž se nemůže uplatnit vznikající
testosteron a nemohou se tedy ani vyvinout mužské sekundární
pohlavní znaky (viz dále).
• Lidský gen směřující vývoj embrya k samčímu pohlaví (SRY, sex
determining region Y gene) byl objeven v r. 1990 a je lokalizován
v těsné blízkosti primární pseudoautozomální oblasti krátkého
raménka Y v rámci tzv. TDF (testis determining factor) oblasti.
• SRY kóduje regulační protein vážící se na DNA → změna
struktury DNA → změna exprese genů řídících diferenciaci varlat.
•
•
•
U savců jsou embryonální reprodukční struktury (včetně gonád a
genitálií) u obou pohlaví stejné (u člověka až do 7. týdne po oplození),
nediferencovaná gonáda se vyvine ve vaječník za nepřítomnosti
testis-indukčního signálu (gen SRY). Pohlavní hormony, které se tvoří
těmito gonádami, regulují další sexuální diferenciaci.
Gen SRY je při vzniku samčího pohlaví nejdůležitějším ne však
jediným genem, účastní se také další geny z Y, geny z X i geny
autozomální.
Ptakopysk: samice XXXXXXXXXX, samci XYXYXYXYXY. Z hlediska
pohlavních chromozomů tvoří opět jen dva typy spermií - XXXXX a
YYYYY.
• Kompenzace genové dávky
- jevy nebo procesy, kterými dochází ke srovnávání hladiny
genových produktů při rozdílném počtu kopií genu,
chromozómu nebo celé genomové sady v buněčném jádře
- příkladem této kompenzace jsou geny nesené pohlavními
chromozómy u některých živočichů
- ke kompenzaci dochází obvykle jen u druhů, kde
homogametickým pohlavím (XX) jsou samičky popř.
hermafrodité (např. drozofila, Caenorhabditis, savci): jejich
chromozóm X nese geny nezbytné pro vývin jedinců obou
pohlaví, a proto se v průběhu evoluce vyvinuly mechanizmy,
které kompenzují odlišný počet kopií chromozómů X u
samečků a samiček a tím zajišťují stejnou hladinu produktů
genů ležících na X
- pozitivní (up-regulation) mechanizmus se vyvinul u drozofily: na
jediném X chromozómu u samečka (XY nebo X0) se aktivují
regulátory (zesilovače), které zajišťují přibližně dvojnásobnou
transkripční aktivitu jeho příslušných X-vázaných genů
- negativní kontrolní systém funguje u hlístice Caenorhabditis
(down-regulation): v homogametických hermafroditech
(XX) jsou aktivovány regulační geny, které redukují
hladiny X-transkriptů na úroveň samečků (X0)
- u savců se vyvinul také negativní regulační mechanizmus:
homogametní samičky mají jeden ze svých dvou
chromozómů X inaktivován (lyonizace); u primitivnějších
savců, vačnatců, je inaktivován vždy chromozóm X
paternálního původu, u samic placentálních savců
(včetně člověka) nastává inaktivace chromozómu X až
po implantaci embrya do stěny dělohy a v tomto
mnohobuněčném embryu dochází k náhodné inaktivaci
chromozómu X paternálního a maternálního původu,
takže výsledkem je mozaikový expresní fenotyp
Prestel et al. Genome Biology 2010 11:216 doi:10.1186/gb-2010-11-8-216
anhidrotická ektodermální dysplasie (absence potních žláz)
Tortoiseshell cat
- inaktivace jednoho X chromozómu se projeví vznikem tzv.
pohlavního chromatinu (čili Barrova tělíska) = v interfázi
barvitelný geneticky inaktivní útvar tvořený X chromozómem,
přítomný v jádrech většiny savců a uložený zpravidla těsně u
jaderné membrány (lze ho nalézt v podstatné části buněk
homogametického pohlaví, u ženy v 80 % buněk ústní
sliznice)
- prokázala to poč. 60. let Mary F. Lyonová (odtud název procesu
inaktivace jako lyonizace); rovněž to byla ona, kdo zjistil, že
inaktivace postihuje se stejnou pravděpodobností jeden nebo
druhý chromozóm X
- k této ireverzibilní inaktivaci jednoho z chromozómů X dochází u
savců v časné fázi embryonálního vývoje (u člověka ve stádiu
zhruba 100 buněk, 14.-16. den vývoje)
- chemické modifikace (hypermetylace a hypoacetylace) zřejmě
nepředstavují příčinu inaktivace, ale spíše epigenetické
mechanizmy, kterými je inaktivní stav permanentně udržován;
inaktivace X počíná od lokusu XIST, který kóduje
netranslatovanou RNA zajišťující inaktivaci (téměř celého)
chromozómu; gen XIST je tak jedním z mála genů, který je
transkripčně aktivní na inaktivním X chromozómu a naopak
nefunkční na aktivním X
- savci s konstitucí XX mají jedno Barrovo tělísko, jedinci s
abnormálním počtem chromozómů X mají počet Barrových
tělísek roven počtu chromozómů X minus jedna
- mozaikovitostí homogametických
jedinců savců je zřejmě
podmíněno i to, že
jednovaječná dvojčata
mužského pohlaví jsou si
obvykle více podobna než
jednovaječná dvojčata pohlaví
ženského
Mary Frances Lyon(ová), *1925
• Ve většině případů lze u heterogametického pohlaví dvojici
pohlavních chromozómů (XY či ZW) identifikovat na základě jejich
velikosti či podle polohy centroméry. Pokud je nelze rozlišit
metodami cytogenetickými, lze je detekovat geneticky. V těch
případech, kdy se pohlavní chromozómy u heterogametického
pohlaví liší svou strukturou, je nepárový pohlavní chromozóm
(alozóm, Y nebo W) zpravidla menší než párový pohlavní
chromozóm.
• Na pohlavních chromozómech můžeme rozlišit úseky homologické
a nehomologické → genetický podklad znaku, který je řízen alelou
ležící na nehomologických úsecích chromozómu X nebo Y (Z či
W), se označuje u heterogametického pohlaví jako hemizygotní.
Genotypové určení pohlaví
• Existence pohlavních chromozómů X/Y a Z/W je základním, ne
však jediným, faktorem, který určuje pohlaví daného jedince →
Calvin Bridges na počátku tohoto století zjistil, že genetickým
základem určení pohlaví u drozofily je poměr mezi počtem
chromozómů X a počtem sad autozómů (tzv. pohlavní index,
poměr X:A); o sexualitě jedince tedy rozhoduje poměr X:A,
přítomnost nebo absence chromozómu Y nemá vliv.
• Jak buňka pozná, jaký má pohlavní index?
- byly izolovány čtyři X-vázané numerátorové geny (sisterless-a,
sis-b, sis-c a runt) a jeden autozomální denominátorový gen
(deadpan)
- numerátorové a denominátorové geny kódují transkripční
faktory, které řídí expresi genu sex-lethal (Sxl), který musí
být aktivní u samic a inaktivní ve vývinu samců; k zapnutí
genu Sxl musí být poměr X/A =1
- poměr X/A tedy zapíná/nezapíná gen sex lethal (primární
regulační gen), který dále reguluje tři separátní sady
regulačních genů, kde každá řídí jednu z drah: (a) vývoj
zárodečné linie, (b) pohlavně specifický vývoj somatických
buněk nebo (c) transkripční hladiny chromozómů X
- pohlavní fenotyp je buněčně autonomní = každá buňka se
pohlavně diferencuje podle svého genotypu → důsledkem je
vznik sexuální mozaiky (gynandromorfizmus) v případě
nondisjunkce jednoho z X chromozómů při rýhování vajíčka
genotypu XX
• U jiných obratlovců (ptáci, plazi a ryby) nebyl gen SRY nalezen,
ale podobný gen byl identifikován jak u samců tak i u samic, což
naznačuje, že sex je tu determinován jiným mechanizmem.
• Ptáci mají značnou asymetrii gonadální diferenciace: u samic se
pouze levá gonáda vyvine ve vaječník, zatímco pravá zůstává
zakrnělá nebo testikulární.
Environmentální určení pohlaví
• U plazů, obojživelníků a ryb jsou mechanizmy determinace
pohlaví typu XX/XY nebo ZW/ZZ, u jiných druhů je sex teplotně
determinován (TSD, temperature-dependent sex determination,
neboli ESD, environmental sex determination). TSD je hojný u
plazů, kde má obvykle za následek přebytek počtu samic (female
bias). Hadi však mají pohlavní chromozómy typu ZZ/ZW (obecně
GSD, genotypic sex determination).
•
•
U ještěrek a aligátorů vedou nízké teploty ke vzniku samiček a
vysoké ke vzniku samečků, zatímco u mnoha druhů želv je to
obráceně (obr. 95). Teplotně senzitivní perioda se odehrává v
embryogenezi v době, kdy nastává gonadální vývoj.
Hadi však mají pohlavní chromozómy typu ZZ/ZW (obecně GSD,
genotypic sex determination).
Aromatáza konvertuje androgeny na estrogeny.
• Extrémní sexuální dimorfizmus se vyvinul u mořského červa
Bonellia viridis, kde pohlaví jedince je určováno prostředím.
Pokud se oplozené vajíčko vyvíjí izolovaně, červ se promění
ve velkou samičku s vidličkovitým rypáčkem. Pokud se však
dostane do rypáčku samice, vyvine se v maličkého samečka
(bičíkatý organizmus parazitující v samičce).
• U jiného červa, Dinophilus, tvoří samičky velká a malá
vajíčka, která se po fertilizaci vyvinou v samičky respektive
samečky. Zde je determinací poměr objemu cytoplazmy k
jádru. U všech těchto druhů tedy nejsou pohlavní
chromozómy ani jiný genetický typ determinace pohlaví.
• U hmyzu nacházíme velkou variabilitu v determinaci
pohlaví: od typu X/A (drozofila), dominantního chromozómu
Y (Musca domestica), XX-X0 systém v somatických
buňkách (Sciara coprophilia) až po teplotně determinované
pohlaví (Aedes simulans).
Znaky pohlavně vázané
• Úplně pohlavně vázaný znak - je řízen genem umístěným na
nehomologickém úseku párového či nepárového pohlavního
chromozómu.
• Neúplně pohlavně vázaný znak - je řízen genem ležícím na
homologických částech pohlavních chromozómů.
• Dědičnost znaků úplně vázaných na chromozóm Y (přímá
dědičnost)
- znak je řízen genem lokalizovaným v nehomologické části
nepárového pohlavního chromozómu Y (W)
- fenotypově se vyjadřuje i recesivní alela genu, který je v
diploidních buňkách v hemizygotním stavu (není přítomná
párová alela)
- znak řízený takovýmto genem se projeví u všech
heterogametických potomků, prapotomků atd.
- znaků, které vykazují přímou dědičnost, není mnoho, u člověka
je to např. nadměrné ochlupení ušního boltce (hypertrichosis
auriculae), ale hlavně tento typ dědičnosti vykazuje gen SRY
• Dědičnost znaků úplně vázaných na chromozóm X (Z)
a) Dědičnost recesivního znaku
- u člověka např. barvoslepost (color-blindness), která je
podmíněna recesivní alelou c → ženy mají tři možné
genotypy (XCXC, XCXc, XcXc), z nichž první dva jsou
fenotypově normální a pouze ženy s třetím uvedeným
genotypem jsou barvoslepé; u mužů jsou barvoslepí ti, kteří
mají genotyp XcY
• Je patrné, že všichni potomci ženského pohlaví vzešlí z
takovéhoto spojení by měli normální barvocit, ale
polovina z nich by byla opět přenašečkami. Z potomků
mužského pohlaví by však celá polovina trpěla
barvoslepostí. Celkový poměr je tedy 3:1, ale na rozdíl
od generace F2 při monohybridním křížení pro
autozomální geny jsou všechny recesivní (postižené)
genotypy samčího pohlaví.
• Existují tři druhy čípků, které se liší obsaženým pigmentem a které
jsou specializované na vnímání světla tří různých vlnových délek.
Právě absence nebo defekt ve struktuře těchto pigmentů způsobuje
barvoslepost.
• Pohlavně vázaná barvoslepost (daltonismus) je poruchou
barevného vnímání zelené a červené. Většinou se nejedná o 100
% barvoslepost, tito lidé některé barvy nedokáží rozeznat (vidí je
„stejně“), jiné barvy dokáží rozlišovat bez problémů. Tato porucha
je v populaci velmi rozšířená, nejčastěji jí trpí muži.
• Gen pro L („červený“) fotopigment a M („zelený“) fotopigment na X
chromozómu, pro S („modrý“) na chr. 7, pro rodopsin (v tyčinkách)
na chr. 3.
Ishiharovy tabulky
http://colorschemedesigner.com/
Další příklady na X vázaných recesivních znaků u člověka:
- hemofilie (porucha krevní srážlivosti): hemofilie A (klasická,
defekt ve faktoru VIII), hemofilie B (Xmas disease, defekt ve
faktoru IX); hemofilie postihla mj. i řadu potomků britské
královny Viktorie, která byla přenašečkou
- DMD (Duchenneova muskulární dystrofie): postihuje přibližně
jednoho z 3500 chlapců; tělo nemocného neprodukuje funkční
bílkovinu dystrofin*, což vede k postupnému ochabování svalů
a časem k potřebě podpůrné plicní ventilace; ve věku kolem
20 let umírá, obvykle na levostranné srdeční selhání
- TSF (syndrom testikulární feminizace neboli syndrom necitlivosti k
androgenům): jedinci genotypu XY mají plně samičí fenotyp;
způsobeno defektem buněčného receptoru pro androgeny,
který je kódován genem na nehom. části chr. X, takže tělo
produkuje testosteron, který buňky nejsou schopny rozpoznat
→ samičí fenotyp
* největší lidský gen – má 2,4 milionu párů bází; jeho transkripce trvá zhruba 16 hodin a obsahuje 79
exonů
Syndrom testikulární feminizace – všechny 4 osoby na obrázku mají genotyp 46XY
a na chr. X nesou recesivní alelu, která vede k defektnímu buněčnému receptoru
androgenů. Jeden další sourozenec byla sestra 46XX, přenašečka recesivní alely,
takže její jeden potomek genotypu 46XY opět vykazoval uvedený syndrom.
b) Dědičnost dominantního znaku
- z rodokmenu vykazujícího dědičnost dominantního znaku
vázaného na chromozóm X je vidět, že postižena jsou obě
pohlaví, a to tak, že dochází k projevu tzv. dědičnosti křížem
(znak homogametického rodiče vykazuje heterogametické
potomstvo a znak heterogametického rodiče potomstvo
homogametické)
- při tomto typu vazby na pohlaví neplatí zákon o uniformitě
generace F1 a identitě reciprokých křížení
- praktický význam při tzv. autosexingu u kura domácího - jeden z
genů ležících na chromozómu Z podmiňuje v recesivní
konstituci (ZsZs nebo ZsW) zlatě zbarvené peří, dominantní
alela podmiňuje stříbrné zbarvení peří (genotypy ZSZS, ZSZs
nebo ZSW); po zkřížení homozygotně recesivních zlatých
kohoutů (ZsZs) s hemizygotními stříbrnými slepicemi (ZSW) je
možné ihned po vylíhnutí rozeznat kohoutky (stříbrné peří) od
slepiček (zlaté peří)
- příkladem tohoto typu znaku u člověka např. hypofosfatemická
křivice (k vitamínu D rezistentní křivice): poškození ledvin,
které nejsou schopny resorbovat zpět fosfor
- IP2 (incontinentia pigmenti type 2, Bloch−Sulzbergerův syndrom,
neurologické onemocnění s vážnými abnormalitami kůže,
vlasů a zubů): letální pro hemizygotní muže
• Dědičnost neúplně pohlavně vázaných znaků
- znaky jsou řízeny geny lokalizovanými v homologických
úsecích pohlavních chromozómů
- křížením jedince homozygotně dominantního s jedincem
homozygotně recesivním vzniká v obou reciprokých
směrech křížení uniformní generace F1 vykazující dominantní
alternativu znaku; v F2 generaci dochází ke štěpení v
obvyklém poměru 3:1 s tím, že jedinci toho pohlaví, které bylo
dominantního fenotypu v rodičovské generaci mají v F2
dominantní fenotyp a jedinci toho pohlaví, které v rodičovské
generaci bylo recesivního fenotypu, štěpí 1:1
- u člověka byla jako neúplně pohlavně vázaná zjištěna úplná
barvoslepost* a slepota podmíněná ukládáním pigmentu do
sítnice oka (retinis pigmentosa)
*monochromazie – není rozlišována žádná barva - člověk nemá
schopnost barevného vidění. Čípky v sítnici jsou buď porušené, nebo se
vůbec nevyvinuly. Většinou je tato vada spojena i s dalšími vadami zraku.
Znaky pohlavně ovládané (sex-limited)
- řízeny geny ležícími na autozómech
- znaky se vyjadřují pouze u jednoho z pohlaví
- sekundární pohlavní znaky (vousy u mužů, parohy u jelenů atd.)
a znaky spojené s reprodukcí (laktace, snůška vajec apod.)
- předčasná puberta (obvykle před 4. rokem věku, většinou v
dospělosti malého vzrůstu, neboť dlouhé kosti přestávají růst
po skončení puberty, což tady je v nízkém věku)
Znaky pohlavně ovlivněné (sex-influenced)
- řízeny geny ležícími na autozómech
- znaky, jejichž dominance nebo penetrance závisí na pohlaví, tj.
při stejném genotypu se vyjádření mění podle pohlaví (u
jednoho pohlaví se znak chová jako dominantní, u druhého
jako recesivní)
- např. zbarvení skvrn u ayrshirského plemena skotu: býci
genotypu MM a Mm jsou mahagonoví, genotypu mm
červenostrakatí, krávy genotypu MM jsou mahagonové a
genotypu Mm a mm červenostrakaté
- obdobně je podložena rohatost u ovcí, bradatost u koz nebo
(předčasná) plešatost u člověka
Epigenetická dědičnost
• Jde o dědičnost negenetických stavů, tj. dvě alely se shodnou
primární genetickou informací mají různý projev.
• Parentální (genomový imprinting)
- reverzibilní proces vedoucí k rozdílům mezi paternálními a
maternálními genomy v diploidních buňkách potomstva
- významný v embryonálním vývoji savců a prokázán i u rostlin
(kukuřice, Arabidopsis)
- jednoznačným důkazem jsou geny, u nichž aktivními alelami
jsou buď výhradně alely paternálního nebo naopak výhradně
maternálního původu, tj. jejich exprese závisí pouze na
pohlaví rodiče, od kterého byla příslušná alela zděděna
- k vytvoření imprintu genu (tj. informace o jeho potenciální expresi
nebo transkripční inaktivitě) dochází při meiotickém dělení nebo
při tvorbě gamet a jeho mechanismem jsou s velkou
pravděpodobností metylace DNA
- u savců bylo jednoznačně identifikováno asi 80 imprintovaných
lokusů
- hlavní význam parentálního imprintingu u savců spočívá v
kontrolním mechanismu správného složení zygoty (a posléze
diploidního individua) z jedné kompletní sady chromosomů
matky a druhé sady z otce
- další vysvětlení existence imprintingu u savců lze hledat na
základě skutečnosti, že embrya se vyvíjejí v těle matky (Př.:
aktivní je otcovská kopie růstového faktoru Igf2 a mateřská
kopie jeho receptoru Igf2r; otec drží pod kontrolou gen
ovládající sobecký růst embrya - na úkor sourozenců, kteří
nemusejí být jeho půlce dítěte vůbec příbuzní - matka se brání
kontrolou receptoru, který tento růstový faktor do buňky pustí,
nebo nepustí) - podobně jako u je tomu u krytosemenných
rostlin, kde se imprinting evolučně vyvinul v pletivu vyživujícím
embryo
- parentální imprinting se vyskytuje například i u hmyzu
- mutace vedoucí u člověka k
vývojovým nebo
fyziologickým poruchám
se někdy v potomstvu
projevují podle toho, od
kterého rodiče (otce nebo
matky) byla mutace
zděděna
- týká se to samozřejmě jen
těch lokusů, které se
podrobují parentálnímu
imprintingu, přičemž na
pohlaví potomka nezáleží
- i nepostižený jedinec (např. s
imprintovanou, tj.
umlčenou maternální
mutací) je potenciálním
přenašečem mutace do
potomstva
• Paramutace
- interakce mezi alelami (téhož genu), které vedou k mitoticky i
meioticky dědičné změně exprese jedné z alel v rostlinných
buňkách
- obvykle navozují redukci genové funkce (ne úplné potlačení) a ve
frekvenci výrazně vyšší než u standardních mutací dochází k
jejich reverzi
- popsány u rajčete, petunie a tabáku
- paramutacím podobný jev popsán i u myší (Kit)
- podstatou jevu jsou zřejmě opět změny v metylaci DNA (cytosinu)
zprostředkované RNA-dependentním mechanismem
•
(Right) Mice heterozygous for the Kittm1Alf allele, which produces no Kit protein, have white tail tips and
white feet. When heterozygotes are crossed with wild-type mates, many of the genetically wild-type
progeny (Kit+/+) showed white tips and reduced Kit mRNA levels similar to the heterozygous parent.
Progeny with this paramutant phenotype were designated Kit*. The frequency of Kit* was not 100% and
varied depending on the cross; the extent of the white regions was variable between individuals.
Although the white tip phenotype was observed in a second generation of outcrosses of Kit* with Kit+/+,
the frequency was lower and the phenotype progressively disappeared in subsequent generations.