Genotype and its variability, mutation and recombination

Genotyp
Genotyp je konkrétní kombinace dědičných vloh, soubor všech alel (forem genů) jedince. Dal by se též definovat jako genetická konstituce jedince, nebo více specifičtěji: konkrétní sestava alel na konkrétním lokusu čí více lokusech.


 * představuje genetickou konstituci organismu reprezentovanou souborem alel specificky uspořádaných v genomu (jsou to tedy všechny molekuly DNA nebo RNA (u RNA virů) živé soustavy, které se vyznačují replikací a dědí se na potomstvo)
 * určuje rozsah a míru fenotypických (soubor všech znaků) možností jedince

Mutace
Sekvence DNA podléhá změnám, které jsou vyvolány působením chemických, fyzikálních a biologických činitelů nebo vznikají jako vzácné chyby při replikaci (endogenní mutace) - v důsledku toho vznikají alelické variace.


 * mutacemi se nazývají náhodné dědičné změny genotypu (genetické informace)
 * mutace vzniklé díky chybě při replikaci DNA se nazývají mutace spontánní a dochází k nim bez zásahu z vnějšího prostředí
 * DNA polymeráza je nejen velmi přesná, ale má navíc i samoopravnou funkci – pravděpodobnost chyby se pohybuje v řádech asi 10-7
 * četnost mutací je tedy velice nízká, navíc buňky jsou do jisté míry schopné tyto chyby díky reparačním enzymům likvidovat
 * většina mutací je tedy tzv. indukovaných, tj. vyvolaných vnějšími mutagenními faktory (mutageny) – těmi může být např. záření (UV, RTG), chemické látky (areny, těžké kovy, peroxidy….) atd.
 * mutace mohou nastávat v různém rozsahu:

Mutace genové (bodové)
Probíhají na úrovni molekuly DNA, pričemž postihují 1 gen. Výsledkem je pak poškozená nukleotidová sekvence, díky čemuž se mění triplety (kodony) a dochází k chybě v proteosyntéze (syntetizují se úplně jiné aminokyseliny).

Pokud je poškozen gen regulující množení a diferenciaci buňky, může to vést až k nekontrolovatelnému bujení (nádorová onemocnění).

Může dojít ke:


 * substituce – záměna jednoho nukleotidu za nukleotid nesoucí jinou basi, patří mezi nejčastěji se vyskytující mutace
 * transice – záměna purin-purin, pyrimidin-pyrimidin
 * transverze – záměna purin – pyrimidin a naopak


 * delece – ztráta jednoho nebo více nukleotidů v sekvenci DNA


 * inserce – do sekvence DNA je zařazen jeden nebo více nukleotidů

Rozdělení genových mutací z hlediska účinku na genový produkt: mutacím mohou podléhat jak kódující tak nekódující sekvence lidského genomu, vážné následky mají převážně mutace týkající se kódující DNA


 * synonymní (tiché) – nemění sekvenci genového produktu


 * nesynonymní – mění sekvenci genového produktu (proteinu nebo RNA) se všemi možnými důsledky

Mutace chromozómové (chromozomální aberace)
Dochází při nich ke změně počtu nebo struktury chromozomů – např. při crossing overu: chromozomové úlomky se špatně spojují; může ale dojít i ke ztrátě celého bloku.

Tyto mutace porušují průběh meiózy a způsobují nefunkčnost gamet.

Druhy:


 * 1) delece (ztráta části chromozomu)
 * 2) inverze (převrácení části chromozomu)
 * 3) duplikace (zdvojení části chromozomu)
 * 4) translokace (připojení části chromozomu na chromozom špatný)
 * 5) fragmentace (rozpad chromozomu na fragmenty)

thumb|250px|Inverze části chromozomu thumb|250px|delece části chromozomu

Mutace genomové
Dochází ke změně samotného genomu. Většinou jde buď o znásobení celé chromozomové sady (euploidie = polyploidie = jedinec je 3n nebo i více…), nebo ke změně počtu jednotlivých chromozómů ze sady (aneuploidie).

Podle typu postižených buněk rozeznáváme mutace:


 * 1) somatické – postihují potomstvo mutované buňky, ale nepřenášejí se mezi jedinci
 * 2) gametické - postihují buňky zárodečné dráhy, mohou se přenášet z rodičů na potomky

Podle mechanismu vzniku rozeznáváme mutace:


 * 1) spontánní
 * 2) indukované

Rekombinace
Rekombinace je označení pro různé změny v DNA spočívající v jejím rozštípnutí a připojení k jinému řetězci, jíž vznikají nové vlastnosti


 * 1) meiotická rekombinace – tj. crossing – over


 * proces během kterého si dva homologní chromozómy spárované v profázi I meiózy vymění část své DNA, výsledkem správně provedeného crossing-overu je výměna části alel mezi chromozomy – tj. narušení vazby genů
 * důsledkem je značné zvýšení variability potomstva

-  crossing-over je vedle mutací a nahodilého rozchodu chromozómů do gamet, jedním z hlavních zdrojů genetické variability, nevytváří sice nové alely, ale umožňuje vytváření nových kombinací již existujících alel genů lokalizovaných na stejném chromosomu (viz genová vazba)


 * rozlišujeme jednoduchý crossing-over (dochází k jednomu překřížení, chromatidy si prohodí konce) a vícenásobný crossing-over (několikanásobné překřížená, prohozeny jsou i úseky „uvnitř“ chromatid
 * vícenásobné crossing-overy narušují výpočty určující sílu vazby a vzdálenost genů na chromosomu – k jejich odfiltrování se používá tříbodový test

2. mitotická rekombinace – velmi vzácná

- rekombinantní DNA technologie – postup v genovém inženýrství, při kterém se z buněk izolují jednoduché geny a ty se pak zavádějí zpět do buněk stejného nebo odlišného druhu organismu


 * jedná se o biotechnologické postupy, které umožňují vytvářet nové kombinace molekul DNA, které se v přirozeném organismu společně nevyskytují
 * rekombinantní DNA technologie se využívá například v genové terapii nebo genetické modifikaci (GMO – např. modifikovaná kukuřice nebo sója)Předpokladem evoluce je variabilita. Genetickou variabilitu zvyšuje mutace, rekombinace a genový tok. Rekombinace je přeskupení DNA materiálu mezi již existujícími alelami (formami genů) za vzniku alel nových.  Tímto procesem vznikají noví jedinci s kombinacemi alel odlišnými od kombinací jejich rodičů. Děje se tak v důsledku volné kombinovatelnosti nebo crossing-overu.

Související články

 * Genotyp
 * Mutace
 * Crossing-over
 * Gametogeneze