6V - BIOLOGIE VOOR JOU
Voorbeeld van koppeling en crossing-over.
Een onderzoeker (onderzoeker 1) wil uit de nakomelingschap van een kruising de ligging van genen in een chromosomenpaar afleiden. Hij kruist een plant met grote, gaafrandige, behaarde bladeren met een plant met kleine, getande, kale bladeren. De genen voor deze eigenschappen liggen in hetzelfde chromosomenpaar. De allelen voor grote (G), voor gaafrandige (R) en voor behaarde (H) bladeren zijn dominant.
De talrijke nakomelingschap is als volgt samengesteld:
grote, getande, kale bladeren 27% kleine, gaafrandige, behaarde bladeren 27% grote, gaafrandige, kale bladeren 7% kleine, getande, behaarde bladeren 7% kleine, gaafrandige, kale bladeren 15% grote, getande, behaarde bladeren 15% grote, gaafrandige, behaarde bladeren 1% kleine, getande, kale bladeren 1%Beantwoord de volgende vragen.1. Geef de genotypen van de ouders in een kruising weer. De tweede ouder is klein getand en kaal, kortom deze is homozygoot en drievoudig recessief. Om toch 8 fenotypen te verkrijgen waarin ook dominantie voorkomt moet de eerste ouder drievoudig heterozygoot zijn.
De P-generatie is dan GgRrHh x ggrrhh, hierbij wel bedenkend dat de schrijfwijze met = X = had gemoeten. Om reden van het typen doe ik het volgende: GRH//grh X grh//grh. Je moet zelf de strepen maar horizontaal denken.
Maar eigenlijk weten we nog niet op welk chromosoom de dominante allelen bij de heterozygote ouder eigenlijk liggen. Dat laten we maar even zo.
Het is gegeven dat de drie genen gekoppeld zijn, maar je had het ook zelf kunnen inzien. Stel dat ze onafhankelijk waren, dan had de fenotypische uitkomst in de F11/2 groot + 1/2 klein)(1/2 gaaf + 1/2 getand)(1/2 behaard + 1/2 kaal) =
1/8 groot, gaaf, behaard + 1/8 groot, gaaf, kaal + 1/8 etc. moeten zijn.
En van elk evenveel, nl. 1/8 ofwel 12,5 %.Dat blijkt niet het geval, er zijn voorkeuren. Met name groot, getand en kaal met 27 % en klein, gaaf, behaard met 27 % spannen de kroon i.p.v. de fractie 1/8 = 12,5 % voor elk.
Conclusie: Er is koppeling.2. In de F1 komen de fenotypen in vier verschillende percentages voor. Bij welk percentage zal geen crossing-over hebben plaatsgevonden? Crossing-over is in feite een weinig voorkomend verschijnsel, hoe belangrijk de rol ook in de evolutie. De meeste gameten zullen dus zonder crossing-over worden gevormd en derhalve ook zorgen voor de meeste nakomelingen.
NB: Alleen crossing-over bij ouder 1 heeft effect omdat deze heterozygoot is. Crossing-over bij ouder 2 heeft geen effect, want de gameten zullen steeds grh bevatten.3. Bij welke percentages in de F1 zal een enkele crossing-over hebben plaatsgevonden? En bij welk percentage dubbele crossing-over? Crossing-over is een weinig voorkomend verschijnsel, dus zal dubbele crossing-over zeker sporadisch zijn. De gameten die zijn ontstaan door dubbele c.o. zullen dus ook voor het geringste aantal recombinante nakomelingen zorgen. Kortom de groepen van 7 en 15 % zijn ontstaan door enkele c.o. en de groep van 1% door dubbele c.o.4. Uit het fenotype zonder recombinatie kan worden afgeleid, welke allelen bij de heterozygote ouder in hetzelfde chromosoom liggen. Geef de homologe chromosomen met de allelen weer van de hetero- zygote ouder. (De genen hoeven nog niet in de juiste volgorde te worden weergegeven.) Kijk naar de eerste drievoudig heterozygote ouder want die kan zonder c.o. 2 soorten gameten maken, nl. één met groot, getand en kaal aan boord (dus Grh) en de ander met klein gaaf en behaard aan boord (dus gRH). Ouder 2 levert altijd de gameten grh.
De heterozygote ouder is dus gRH//Grh en de homozygote grh//grh.5. Geef de homologe chromosomen met de allelen weer van individuen uit de F1 waarbij dubbele crossing-over heeft plaatsgevonden. (De genen hoeven nog niet in de juiste volgorde te worden weergegeven.) Voor deze individuen is als eerste een gameet door ouder 1 geleverd met de allelen groot, gaaf, behaard (dus GRH) en van de andere ouder grh. De tweede gameet van ouder 1 heeft klein, getand, kaal (dus grh) en ouder 2 leverde hoe dan ook grh.6. Vergelijk de chromosomen van vraag 4 met die van vraag 5. Welk gen ligt tussen beide andere genen in? De nakomelingen onder 5 moeten zijn voortgesproten uit gameten die zijn ontstaan door dubbele c.o. In de volgorde zoals de allelen nu zijn genoemd, namelijk gRH//Grh, hadden we aan 1 c.o. voldoende om uit gRH//Grh de gameten GRH en grh te maken.
Toch had dit door dubbele crossing-over moeten gebeuren. De truc is nu de voorste twee genoemde allelen of de achterste twee om te ruilen. We zien dat de hoofdletter G tussenin moet om daarna door dubbele c.o. de hoofdletters bij elkaar te krijgen; we ruilen de voorste twee en de volgorde wordt nu RgH//rGh.
Het betekent ook dat we ons arbitraire fenotypentabelletje hierboven beter kunnen herschrijven door de voorste twee kolommetjes van 'grootte' en 'rand' om te ruilen. Dusgetand, grote, kale bladeren 27% gaafrandige, kleine, behaarde bladeren 27% etc.7. Vergelijk de percentages van de fenotypen in de F1 waarbij een enkele crossing-over heeft plaatsgevonden. Welk gen ligt het verst van het middelste gen verwijderd? Leg je antwoord uit. Hoe verder twee genen uit elkaar liggen, hoe groter de afstand is waarin de chromosomen verstrengeld kunnen raken tijdens meiose I. Dus hoe vaker c.o. des te verder liggen de genen uit elkaar. (Elk % c.o. staat in feite voor een (relatieve) afstand en wordt vaak aangeduid met cM (centiMorgan). (Morgan was een groot geneticus die bijna zijn theorie over het DNA rond had, maar op het laatst voorbij gestreefd werd door de jongeren Watson & Crick. Je moet het c.o.% in cM maar zien als een soort 'verkleinde centimeters' op het chromosoom.)
De beide 7 % groepjes geven de c.o. tussen rand en grootte (relatieve afstand 7 cM) en de andere groepjes van 15 % tussen grootte en beharing (relatieve afstand 15 cM). De laatste ligt dus het verst van het middelste gen verwijderd.8. Geef van de heterozygote ouder de homologe chromosomen weer, met de allelen in de juiste volgorde en met de onderlinge afstanden in de juiste verhouding. Zie antwoord bij vraag 6.Een andere onderzoeker (onderzoeker 2) voert precies dezelfde kruisings- proef uit, maar let niet op de overerving van het gen voor de beharing van de bladeren. Hij treft in de F1 vier verschillende fenotypen aan. Een kwestie van tellen in het tabelletje boven:9. Welke fenotypen treft hij aan in de F1 en in welke verhouding?
groot getand 27 + 15 = 42 klein gaaf 27 + 15 = 42 groot gaaf 7 + 1 = 8 klein getand 7 + 1 = 8.10. Welk percentage crossing-over tussen het gen voor de bladgrootte en het gen voor de vorm van de bladrand leidt hij uit zijn kruisings- proef af? De onderzoeker weet natuurlijk dat als bladgrootte en bladrand onafhankelijke erffactoren zouden zijn, dan had hij
(1/2 groot + 1/2 klein)(1/2 gaaf + 1/2 getand)
van elke combinatie 1/4 = 25 % moeten vinden.
Hij ziet nu dat groot-getand en klein-gaaf gekoppeld zijn (elk 42 % en duidelijk meer dan 25 %) en dat dus groot-gaaf en klein-getand door c.o. moeten zijn ontstaan.
(8+8):(8+8+42+42) x 100 % = 16 %.
Met andere woorden zijn er dus 16 % recombinanten die zijn ontstaan door 16 % crossing-over bij de vorming van de gameten van die ene heterozygote ouder.Een derde onderzoeker (onderzoeker 3) voert precies dezelfde kruisings- proef uit, maar let niet op de overerving van het gen voor de vorm van de bladrand. Ook weer een kwestie van tellen in het tabelletje:11. Welke fenotypen treft hij aan in de F1 en in welke verhouding?
groot kaal 27 + 7 = 34 klein behaard 27 + 7 = 34 klein kaal 15 + 1 = 16 groot behaard 15 + 1 = 1612. Welk percentage crossing-over tussen het gen voor de bladgrootte en het gen voor de beharing van de bladeren leidt hij uit zijn kruisings-proef af? Hij kijkt hoe vaak de 'gekoppelde partners' (groot/kaal en klein/behaard) door crossing-over bij elkaar zijn weggeraakt.
Het aantal keren dat dit is gebeurd is 16 + 16 = 32 %.
Het crossing-over percentage is dus nu 32 %.
De onderzoekers 2 en 3 wisselen hun resultaten uit. Omdat ze ieder voor zich niet de volgorde van de allelen op het chromosoom kennen zullen ze de volgende mogelijkheid hebben:13. Welke mogelijke percentages crossing-over tussen het gen voor de vorm van de bladrand en het gen voor de beharing van de bladeren zullen deze onderzoekers afleiden, na vergelijking van hun resultaten?
beharing -32- grootte -16- rand, |-----------??-----------|dan is de afstand tussen beharing en rand (als dat de uitersten zijn)32 + 16 = 48.Het had ook de volgordegrootte -16- rand -??- beharing |----------32----------|kunnen zijn. De afstand tussen beharing en rand zou dan 32 - 16 = 16 zijn.14. Hoe komt het dat deze percentages afwijken van de resultaten van onderzoeker 1? Onderzoeker 2 en 3 bekijken maar twee genen en daardoor zullen ze geen dubbele crossing over ontdekken, omdat een dubbele c.o. het allel weer op zijn eigen chromosoom zet, waardoor je schijnbaar geen recombinant krijgt; geen recombinant wat de allelen betreft hoewel dat officieel voor het tussenliggende stuk wel het geval had moeten zijn.
Als we er het tabelletje bijpakken voor de rand en de beharing, dan krijgen we het volgende:getand kaal 27 + 1 = 28 gaaf behaard 27 + 1 = 28 gaaf kaal 7 + 15 = 22 getand behaard 7 + 15 = 22De afstand tussen rand en beharing is daarmee 44 %( of zo je wilt 44 cM).
Dus met de enkele c.o.'s tussen telkens twee genen vind je een afstand van 48 cM. Door de dubbele c.o.'s bij drie genen vind je een afstand van 44 cM.
Dat komt dus door het feit dat de afstandsbepaling van een kleine afstand minder wordt geïnfecteerd door dubbele c.o.'s dan een grote afstand.
Je kunt nu zeggen dat door optelling van de afstanden van de enkele c.o's de afstand tussen rand en beharing nauwkeuriger is gemeten, nl. 48 tegen 44.
Nogmaals de reden: Op de kortere deelstukken (16 en 32 cM) komt dubbele c.o. minder vaak voor dan op het lange combinatiestuk (44 cM).15. Leg uit dat het bepalen van de ligging van een gen via kruisings- proeven slechts betrouwbaar kan geschieden, als drie genen in het onderzoek worden betrokken. In vraag 13 is al uitgelegd dat wanneer afstanden tussen genen twee aan twee worden bepaald, dat men daaruit niet de volgorde kan aflezen. Pas als een derde gen in de kruising wordt betrokken, dan ben je in staat de volgorde te bepalen. Bekijk nog maar eens de resultaten uit de deelvragen 13 en 14. Je zult zien dat de uitleg aan het eind van vraag 14 is gegeven.
Met vriendelijke groet aan klas VI - G. Nevenzel.
Overzicht