Genotyp

Genotypen av en organism är dess kompletta uppsättning genetiskt material . Genotyp kan också användas för att referera till de alleler eller varianter som en individ bär på en viss gen eller genetisk plats. Antalet alleler en individ kan ha i en specifik gen beror på antalet kopior av varje kromosom som finns i den arten, även kallad ploidi . I diploida arter som människor finns två fulla uppsättningar kromosomer närvarande, vilket innebär att varje individ har två alleler för en given gen. Om båda allelerna är desamma, kallas genotypen homozygot . Om allelerna är olika kallas genotypen heterozygot.

Genotyp bidrar till fenotyp , de observerbara egenskaperna och egenskaperna hos en individ eller organism. I vilken grad genotyp påverkar fenotyp beror på egenskapen. Till exempel bestäms kronbladsfärgen i en ärtväxt uteslutande av genotyp. Kronbladen kan vara lila eller vita beroende på vilka alleler som finns i ärtväxten. Andra egenskaper påverkas dock endast delvis av genotyp. Dessa egenskaper kallas ofta komplexa egenskaper eftersom de påverkas av ytterligare faktorer, såsom miljöfaktorer och epigenetiska faktorer. Alla individer med samma genotyp ser inte ut eller agerar på samma sätt eftersom utseende och beteende förändras av miljö- och växtförhållanden. Likaså har inte alla organismer som ser likadana ut nödvändigtvis samma genotyp.

Termen genotyp myntades av den danske botanikern Wilhelm Johannsen 1903.

Fenotyp

Varje given gen kommer vanligtvis att orsaka en observerbar förändring i en organism, känd som fenotypen. Termerna genotyp och fenotyp är distinkta av minst två skäl:

Att urskilja källan till en observatörs kunskap (man kan veta om genotyp genom att observera DNA; man kan veta om fenotyp genom att observera det yttre utseendet av en organism).
Genotyp och fenotyp är inte alltid direkt korrelerade. Vissa gener uttrycker endast en given fenotyp under vissa miljöförhållanden. Omvänt kan vissa fenotyper vara resultatet av flera genotyper. Genotypen blandas vanligtvis ihop med fenotypen som beskriver slutresultatet av både de genetiska och de miljömässiga faktorerna som ger det observerade uttrycket (t.ex. blå ögon, hårfärg eller olika ärftliga sjukdomar).

Ett enkelt exempel för att illustrera genotyp som skiljer sig från fenotyp är blomfärgen i ärtväxter (se Gregor Mendel) . Det finns tre tillgängliga genotyper, PP ( homozygot dominant ), Pp (heterozygot) och pp (homozygot recessiv). Alla tre har olika genotyper men de två första har samma fenotyp (lila) till skillnad från den tredje (vita).

Ett mer tekniskt exempel för att illustrera genotypen är enkelnukleotidpolymorfismen eller SNP. En SNP uppstår när motsvarande sekvenser av DNA från olika individer skiljer sig åt vid en DNA-bas, till exempel där sekvensen AAGCCTA ändras till AAGCTTA. Detta innehåller två alleler: C och T. SNP:er har typiskt tre genotyper, generiskt betecknade AA Aa och aa. I exemplet ovan skulle de tre genotyperna vara CC, CT och TT. Andra typer av genetisk markör , såsom mikrosatelliter , kan ha mer än två alleler, och därmed många olika genotyper.

Penetrans är andelen individer som visar en specificerad genotyp i sin fenotyp under en given uppsättning miljöförhållanden.

Mendelskt arv

Här illustreras förhållandet mellan genotyp och fenotyp, med hjälp av en Punnett-ruta , för karaktären av kronbladsfärg i en ärtväxt . Bokstäverna B och b representerar alleler för färg och bilderna visar de resulterande blommorna. Diagrammet visar korsningen mellan två heterozygota föräldrar där B representerar den dominanta allelen (lila) och b representerar den recessiva allelen (vit).

Egenskaper som uteslutande bestäms av genotyp ärvs vanligtvis i ett mendelskt mönster. Dessa arvslagar beskrevs utförligt av Gregor Mendel , som utförde experiment med ärtväxter för att avgöra hur egenskaper överfördes från generation till generation. Han studerade fenotyper som var lätta att observera, som växthöjd, kronbladsfärg eller fröform. Han kunde observera att om han korsade två sanna avelväxter med distinkta fenotyper, skulle alla avkommor ha samma fenotyp. Till exempel, när han korsade en hög växt med en kort växt, skulle alla de resulterande växterna vara höga. Men när han självbefruktade växterna som blev resultatet, skulle ungefär 1/4 av den andra generationen vara kort. Han drog slutsatsen att vissa egenskaper var dominerande , som lång höjd, och andra var recessiva, som kort höjd. Även om Mendel inte var medveten vid den tiden, kontrollerades varje fenotyp han studerade av en enda gen med två alleler. När det gäller växthöjd orsakade en allel att växterna blev höga och den andra gjorde att växterna blev korta. När den höga allelen var närvarande, skulle växten vara lång, även om växten var heterozygot. För att växten skulle vara kort måste den vara homozygot för den recessiva allelen.

Ett sätt som detta kan illustreras är att använda en Punnett-ruta . I en Punnett-torg placeras föräldrarnas genotyper på utsidan. En stor bokstav används vanligtvis för att representera den dominanta allelen, och en liten bokstav används för att representera den recessiva allelen. De möjliga genotyperna för avkomman kan sedan bestämmas genom att kombinera föräldragenotyperna. I exemplet till höger är båda föräldrarna heterozygota, med genotypen Bb. Avkomman kan ärva en dominant allel från varje förälder, vilket gör dem homozygota med en genotyp av BB. Avkomman kan ärva en dominant allel från en förälder och en recessiv allel från den andra föräldern, vilket gör dem heterozygota med en genotyp av Bb. Slutligen kunde avkomman ärva en recessiv allel från varje förälder, vilket gör dem homozygota med genotypen bb. Växter med genotyperna BB och Bb kommer att se likadana ut, eftersom B-allelen är dominant. Växten med genotypen bb kommer att ha den recessiva egenskapen.

Dessa arvsmönster kan också tillämpas på ärftliga sjukdomar eller tillstånd hos människor eller djur. Vissa tillstånd ärvs i ett autosomalt dominant mönster, vilket innebär att individer med tillståndet vanligtvis också har en påverkad förälder. En klassisk stamtavla för ett autosomalt dominant tillstånd visar drabbade individer i varje generation.

Ett exempel på en stamtavla för ett autosomalt dominant tillstånd

Andra tillstånd ärvs i ett autosomalt recessivt mönster, där drabbade individer vanligtvis inte har en påverkad förälder. Eftersom varje förälder måste ha en kopia av den recessiva allelen för att få en påverkad avkomma, kallas föräldrarna för bärare av tillståndet. Vid autosomala tillstånd spelar inte avkommans kön någon roll för deras risk att drabbas. Vid könsbundna tillstånd påverkar avkommans kön deras chanser att få tillståndet. Hos människor ärver honor två X-kromosomer , en från varje förälder, medan män ärver en X-kromosom från sin mamma och en Y-kromosom från sin far. X-länkade dominanta tillstånd kan särskiljas från autosomala dominanta tillstånd i stamtavlor genom bristen på överföring från fäder till söner, eftersom drabbade fäder bara överför sin X-kromosom till sina döttrar. I X-länkade recessiva tillstånd drabbas män vanligtvis vanligare eftersom de är hemizygota, med endast en X-kromosom. Hos kvinnor kommer närvaron av en andra X-kromosom att förhindra att tillståndet uppstår. Honor är därför bärare av tillståndet och kan överföra egenskapen till sina söner.

Ett exempel på en stamtavla för ett autosomalt recessivt tillstånd

Mendelska arvsmönster kan kompliceras av ytterligare faktorer. Vissa sjukdomar visar ofullständig penetrans , vilket betyder att inte alla individer med den sjukdomsorsakande allelen utvecklar tecken eller symtom på sjukdomen. Penetrans kan också vara åldersberoende, vilket innebär att tecken eller symtom på sjukdom inte är synliga förrän senare i livet. Till exempel Huntingtons sjukdom ett autosomalt dominant tillstånd, men upp till 25 % av individer med den drabbade genotypen kommer inte att utveckla symtom förrän efter 50 års ålder. En annan faktor som kan komplicera Mendels arvsmönster är variabel uttrycksbarhet , där individer med samma genotyp visa olika tecken eller symtom på sjukdom. Till exempel kan individer med polydaktyli ha ett varierande antal extra siffror.

Icke-mendelskt arv

Många egenskaper ärvs inte på ett mendelskt sätt, utan har mer komplexa arvsmönster.

Ofullständig dominans

För vissa egenskaper är ingendera allelen helt dominant. Heterozygoter har ofta ett utseende någonstans mellan dem hos homozygoter. Till exempel resulterar en korsning mellan äkta röd och vit Mirabilis jalapa i rosa blommor.

Samdominans

Kodominans hänvisar till egenskaper där båda allelerna uttrycks i avkomman i ungefär lika stora mängder. Ett klassiskt exempel är ABO-blodgruppssystemet hos människor, där både A- och B-allelerna uttrycks när de finns. Individer med AB genotypen har både A- och B-proteiner uttryckta på sina röda blodkroppar.

Epistasis

Epistas är när fenotypen av en gen påverkas av en eller flera andra gener. Detta är ofta genom någon form av maskeringseffekt av en gen på den andra. Till exempel kodar "A"-genen för hårfärg, en dominant "A"-allel kodar för brunt hår och en recessiv "a"-allel kodar för blont hår, men en separat "B"-gen styr hårväxten och en recessiv "b"-allelen orsakar skallighet. Om individen har BB- eller Bb-genotypen, producerar de hår och hårfärgsfenotypen kan observeras, men om individen har en bb-genotyp, då är personen skallig vilket maskerar A-genen helt.

Polygena egenskaper

En polygen egenskap är en vars fenotyp är beroende av de additiva effekterna av flera gener. Bidragen från var och en av dessa gener är vanligtvis små och summerar till en slutlig fenotyp med en stor variation. Ett väl studerat exempel på detta är antalet sensoriska borst på en fluga. Dessa typer av additiva effekter är också förklaringen till mängden variation i människans ögonfärg.

Genotypning

Genotypning avser den metod som används för att bestämma en individs genotyp. Det finns en mängd olika tekniker som kan användas för att bedöma genotyp. Genotypningsmetoden beror vanligtvis på vilken information som söks. Många tekniker kräver initialt amplifiering av DNA-provet, vilket vanligtvis görs med PCR .

Vissa tekniker är utformade för att undersöka specifika SNP eller alleler i en viss gen eller uppsättning gener, till exempel om en individ är bärare för ett visst tillstånd. Detta kan göras via en mängd olika tekniker, inklusive allelspecifika oligonukleotidsonder (ASO) eller DNA-sekvensering . Verktyg som multiplexligeringsberoende probamplifiering kan också användas för att leta efter duplikationer eller deletioner av gener eller gensektioner. Andra tekniker är avsedda att bedöma ett stort antal SNP över genomet, såsom SNP-matriser . Denna typ av teknologi används ofta för genomomfattande associationsstudier .

Storskaliga tekniker för att bedöma hela arvsmassan finns också tillgängliga. Detta inkluderar karyotypning för att bestämma antalet kromosomer en individ har och kromosomala mikroarrayer för att bedöma för stora duplikationer eller deletioner i kromosomen. Mer detaljerad information kan bestämmas med hjälp av exomsekvensering , som tillhandahåller den specifika sekvensen av allt DNA i den kodande regionen av genomet, eller helgenomsekvensering , som sekvenserar hela genomet inklusive icke-kodande regioner.

Se även

externa länkar

Genetisk nomenklatur