GeneticaGenomica
H16: genkartering
1. Inleiding
Genetische kartering = het in kaart brengen van de relatieve posities van de genen langsheen de
chromosomen → vormt één van de hoofddoelen van de genetische analyse
Doel: functies van gevonden genen ontcijferen en de onderlinge geninteracties omhelderen
➔ Gaat niet met enkel de kennis van DNA-sequenties (met sequencing)
Hoe dan wel? = analyse van de koppeling van genen en de daaraan gebonden kenmerken
• Genen en mutaties lokaliseren
• Functies van gensequenties achterhalen
• Polymorfismen → heel belangrijk hierbij!
2. Koppeling van genen
Een chomosoom = lineaire koppelingsgroep van genen → op eenzelfde chrom liggen talrijke genen verspreid
Gekoppelde genen: genen die op eenzelfde chrom zitten, en dus altijd samen worden overgeerft
• Ontdekt door Morgan → fruitvliegexperimenten
• Kruisingsexperiment met twee X-gebonden kenmerken = witte/rode ogen + geel/grijs lichaam
In F2-generatie: andere fenotypische frequenties dan verwacht (op basis van Mendel)
➔ Mendel had genenkoppeling niet opgemerkt
➔ Door hem besturdeerde eigenschappen lagen niet op zelfde chromosoom = onafhankelijke segregatie
Weergave genotypes van gekoppelde genen = AB Ab of AB/Ab
Weergave X-gebonden kenmerken = zie pg. 137
Allelen aan dezelfde kant van scheidingslijn = op zelfde chromosoom
1
,3. Detectie van koppeling door testkruising
= testkruising van een dubbele heterozygoot met een dubbele homozygoot, recessieve partner
Resultaten:
Testkruising: AB ab x ab ab
Genotypes Verwacht Fenotype
nakomelingen percentage
Bij onafhankelijke AB ab 25 Parentaal
segregatie
ab ab 25 Parentaal
Ab ab 25 Recombinant
aB ab 25 Recombinant
Bij volledige koppeling AB ab 50 Parentaal
ab ab 50 Parentaal
Ab ab 0 Recombinant
aB ab 0 Recombinant
Parentaal = genotype/fenotype dat overeenkomt met de oorspronkelijke allelencombinaties van de ouders
(AB of ab).
Recombinant = nieuwe allelencombinatie die ontstaat door crossing-over (Ab of aB). Deze wijkt af van de
ouderlijke combinaties
Syntenische genen = genen die op het zelfde chromosoom liggen
Situatie 1: Onafhankelijke segregatie
= wanneer de genen niet gekoppeld zijn (bijvoorbeeld op verschillende chromosomen, of ver uit elkaar op
hetzelfde chromosoom).
→ Volgens de tweede wet van Mendel worden de allelen dan onafhankelijk verdeeld over de gameten
Het heterozygote individu 𝐴𝐵/𝑎𝑏produceert vier typen gameten in gelijke verhouding:
• AB
• Ab
• Ab
• aB
Elk met een kans van 25%.
Situatie 2: Volledige koppeling
= hier liggen gen 𝐴 en gen 𝐵op hetzelfde chromosoom en zeer dicht bij elkaar, zodat er geen crossing-over
tussen hen optreedt tijdens de meiose
→ allelen blijven samen zoals ze oorspronkelijk aanwezig zijn = AB op het ene chromosoom en ab op het
andere
Het heterozygote individu kan dan alleen deze gameten vormen:
• AB (50%)
• ab (50%)
De recombinante gameten Ab en aB ontstaan niet → genen liggen te dicht op elkaar voor crossing-over (zie
verder)
2
, 4. Crossing-over leidt tot recombinatie
Wanneer twee genen gekoppeld zijn worden hun allelen normaal samen overgeërfd
➔ Zonder uitwisseling blijven de oorspronkelijke combinaties behouden,
bijvoorbeeld AB en ab
Tijdens de meiose: de twee homologe chromosomen kunnen stukken DNA
uitwisselen in profase I
= homologe recombinatie / crossing-over
➔ allelen worden herschikt:
• Oorspronkelijke (parentale) combinaties: AB, ab
• Nieuwe (recombinante) combinaties: Ab, aB
Één crossing over = ontstaan van 2 recombinanten en 2 niet-recombinante gameten
Gevolg = naast parentale gameten ontstaan ook recombinante gameten
➔ in een testkruising niet alleen parentale nakomelingen, maar ook recombinanten
! Hoe groter de afstand tussen twee genen op het chromosoom, hoe groter de kans
dat er een crossing-over tussen hen plaatsvindt
! Dicht bij elkaar gelegen genen recombineren zelden, ver uit elkaar gelegen genen
vaker
Recombinatiefrequentie:
= een maat voor hoe vaak recombinatie optreedt tussen twee genen:
aantal recombinante nakomelingen
RF = × 100%
totaal aantal nakomelingen
• RF = 0% → volledige koppeling (geen recombinatie)
• RF < 50% → genen zijn gekoppeld
• RF ≈ 50% → genen gedragen zich als onafhankelijk (niet-gekoppeld)
recombinatiefrequentie → recht evenredig met de fysieke afstand tussen genen en wordt gebruikt voor
genetische kaartvorming
! Een RF van 1% komt overeen met 1 centimorgan (cM) en 1 map unit (mu)
Voorbeeld:
Als in een testkruising 18% van de nakomelingen recombinanten zijn, dan is:
RF = 18% ⇒ afstand ≈ 18 cM ≈ 18 mu
Homologe recombinatie doorbreekt dus gedeeltelijk de koppeling tussen genen en zorgt voor genetische
variatie én voor meetbare afwijkingen van de zuiver parentale verhoudingen.
Hier komen we op terug bij de tweepuntstestkruisingen
3
H16: genkartering
1. Inleiding
Genetische kartering = het in kaart brengen van de relatieve posities van de genen langsheen de
chromosomen → vormt één van de hoofddoelen van de genetische analyse
Doel: functies van gevonden genen ontcijferen en de onderlinge geninteracties omhelderen
➔ Gaat niet met enkel de kennis van DNA-sequenties (met sequencing)
Hoe dan wel? = analyse van de koppeling van genen en de daaraan gebonden kenmerken
• Genen en mutaties lokaliseren
• Functies van gensequenties achterhalen
• Polymorfismen → heel belangrijk hierbij!
2. Koppeling van genen
Een chomosoom = lineaire koppelingsgroep van genen → op eenzelfde chrom liggen talrijke genen verspreid
Gekoppelde genen: genen die op eenzelfde chrom zitten, en dus altijd samen worden overgeerft
• Ontdekt door Morgan → fruitvliegexperimenten
• Kruisingsexperiment met twee X-gebonden kenmerken = witte/rode ogen + geel/grijs lichaam
In F2-generatie: andere fenotypische frequenties dan verwacht (op basis van Mendel)
➔ Mendel had genenkoppeling niet opgemerkt
➔ Door hem besturdeerde eigenschappen lagen niet op zelfde chromosoom = onafhankelijke segregatie
Weergave genotypes van gekoppelde genen = AB Ab of AB/Ab
Weergave X-gebonden kenmerken = zie pg. 137
Allelen aan dezelfde kant van scheidingslijn = op zelfde chromosoom
1
,3. Detectie van koppeling door testkruising
= testkruising van een dubbele heterozygoot met een dubbele homozygoot, recessieve partner
Resultaten:
Testkruising: AB ab x ab ab
Genotypes Verwacht Fenotype
nakomelingen percentage
Bij onafhankelijke AB ab 25 Parentaal
segregatie
ab ab 25 Parentaal
Ab ab 25 Recombinant
aB ab 25 Recombinant
Bij volledige koppeling AB ab 50 Parentaal
ab ab 50 Parentaal
Ab ab 0 Recombinant
aB ab 0 Recombinant
Parentaal = genotype/fenotype dat overeenkomt met de oorspronkelijke allelencombinaties van de ouders
(AB of ab).
Recombinant = nieuwe allelencombinatie die ontstaat door crossing-over (Ab of aB). Deze wijkt af van de
ouderlijke combinaties
Syntenische genen = genen die op het zelfde chromosoom liggen
Situatie 1: Onafhankelijke segregatie
= wanneer de genen niet gekoppeld zijn (bijvoorbeeld op verschillende chromosomen, of ver uit elkaar op
hetzelfde chromosoom).
→ Volgens de tweede wet van Mendel worden de allelen dan onafhankelijk verdeeld over de gameten
Het heterozygote individu 𝐴𝐵/𝑎𝑏produceert vier typen gameten in gelijke verhouding:
• AB
• Ab
• Ab
• aB
Elk met een kans van 25%.
Situatie 2: Volledige koppeling
= hier liggen gen 𝐴 en gen 𝐵op hetzelfde chromosoom en zeer dicht bij elkaar, zodat er geen crossing-over
tussen hen optreedt tijdens de meiose
→ allelen blijven samen zoals ze oorspronkelijk aanwezig zijn = AB op het ene chromosoom en ab op het
andere
Het heterozygote individu kan dan alleen deze gameten vormen:
• AB (50%)
• ab (50%)
De recombinante gameten Ab en aB ontstaan niet → genen liggen te dicht op elkaar voor crossing-over (zie
verder)
2
, 4. Crossing-over leidt tot recombinatie
Wanneer twee genen gekoppeld zijn worden hun allelen normaal samen overgeërfd
➔ Zonder uitwisseling blijven de oorspronkelijke combinaties behouden,
bijvoorbeeld AB en ab
Tijdens de meiose: de twee homologe chromosomen kunnen stukken DNA
uitwisselen in profase I
= homologe recombinatie / crossing-over
➔ allelen worden herschikt:
• Oorspronkelijke (parentale) combinaties: AB, ab
• Nieuwe (recombinante) combinaties: Ab, aB
Één crossing over = ontstaan van 2 recombinanten en 2 niet-recombinante gameten
Gevolg = naast parentale gameten ontstaan ook recombinante gameten
➔ in een testkruising niet alleen parentale nakomelingen, maar ook recombinanten
! Hoe groter de afstand tussen twee genen op het chromosoom, hoe groter de kans
dat er een crossing-over tussen hen plaatsvindt
! Dicht bij elkaar gelegen genen recombineren zelden, ver uit elkaar gelegen genen
vaker
Recombinatiefrequentie:
= een maat voor hoe vaak recombinatie optreedt tussen twee genen:
aantal recombinante nakomelingen
RF = × 100%
totaal aantal nakomelingen
• RF = 0% → volledige koppeling (geen recombinatie)
• RF < 50% → genen zijn gekoppeld
• RF ≈ 50% → genen gedragen zich als onafhankelijk (niet-gekoppeld)
recombinatiefrequentie → recht evenredig met de fysieke afstand tussen genen en wordt gebruikt voor
genetische kaartvorming
! Een RF van 1% komt overeen met 1 centimorgan (cM) en 1 map unit (mu)
Voorbeeld:
Als in een testkruising 18% van de nakomelingen recombinanten zijn, dan is:
RF = 18% ⇒ afstand ≈ 18 cM ≈ 18 mu
Homologe recombinatie doorbreekt dus gedeeltelijk de koppeling tussen genen en zorgt voor genetische
variatie én voor meetbare afwijkingen van de zuiver parentale verhoudingen.
Hier komen we op terug bij de tweepuntstestkruisingen
3
