Genetica/Klassieke genetica

Klassieke genetica

In 1865 publiceerde de monnik Gregor Mendel de resultaten van zijn onderzoek over overerving van verschillende eigenschappen in erwten en legde daarmee de basis van de klassieke genetica. De manieren van overerving die hij beschreef worden nog steeds Mendeliaanse genetica genoemd. De klassieke genetica heeft i.t.t. de moleculaire genetica een sterke wiskundige achtergrond. Indien bekend is hoe genotypes zich gedragen kan bijvoorbeeld het fenotype van de nakomelingen voorspeld worden en statistisch getest worden.

Kruisingsschema's

In de klassieke genetica zijn kruisingsschema's dé manier om visueel weer te geven hoe eigenschappen overerven en uitsplitsen naar de nakomelingen. Zie hier hoe zo'n kruisingsschema is opgebouwd:

	ouder 1, allel 1	ouder 1, allel 2
ouder 2, allel 1	allelen nakomeling 1	allelen nakomeling 2
ouder 2, allel 2	allelen nakomeling 3	allelen nakomeling 4

Van beide ouders worden alle mogelijke combinaties van gameten in de eerste rij en kolom gezet. De combinaties die mogelijk zijn in de nakomelingen zijn dan in te vullen door iedere combinatie van beide ouders te combineren. In dit voorbeeld is maar één locus in het kruisingsschema opgenomen, bij twee loci (in dit geval het A en B locus) ziet het kruisingsschema er als volgt uit:

	AB	Ab	aB	ab
AB	AABB	AABb	AaBB	AaBb
Ab	AABb	AAbb	AaBb	Aabb
aB	AaBB	AaBb	aaBB	aaBb
ab	AaBb	Aabb	aaBb	aabb

Natuurlijk kunnen kruisingsschema's met nog meer loci uitgebreid worden, maar die komen maar zelden voor, omdat ze dan uitermate groot worden. Zoals u boven ziet worden afwisselend hoofdletters en kleine letters gebruikt. Dit heeft te maken met dominantie, waar de hoofdletter een dominant allel aanduidt en een kleine letter een recessief allel aanduidt.

Dominante en recessieve eigenschappen

Veel phenotypische eigenschappen komen in meerdere varianten voor. Bijvoorbeeld de kleur van een bloem of een vrucht. Wordt er een kruising gedaan tussen twee planten met dezelfde bloemkleur, dan zijn er verschillende uitkomsten mogelijk, afhankelijk van het gekruiste locus en de soort. Stel er is een locus van 2 kleuren, rode bloem en witte bloem. In de meest eenvoudige situatie zal er een plant met dezelfde kleur van de ouderplant uitkomen. Daarnaast is er een kans dat 25% van de nakomelingen de andere kleur heeft.

Hoe kan dit? Dit heeft te maken met dominantie. Vaak is één eigenschap dominant boven de andere. Stel voor dat er twee planten met rode bloemen gekruist worden en rood een dominante kleur is. In geval dat beide planten homozygoot zijn, zullen alle nakomelingen rood zijn. Is er een plant homozygoot en de andere plant hetrozygoot, dan zullen in dat geval alle nakomelingen ook rood zijn. Zijn beide ouders echter hetrozygoot, dan zal 75% van de nakomelingen rode bloemen krijgen en 25% witte bloemen krijgen.

Het kruisingsschema voor de beide homozygote ouders (KK x KK) ziet er als volgt uit:

	K	K
K	KK	KK
K	KK	KK

Alles is KK, dus alles is homozygoot dominant, dus alle nakomelingen krijgen rode bloemen.

In het geval van één hetrozygote ouder (KK x Kk):

	K	k
K	KK	Kk
K	KK	Kk

50% KK en 50% Kk, aangezien 100% minimaal een dominante variant (K) heeft, zal 100% rood zijn.

En in het geval van beide ouders hetrozygoot (Kk x Kk):

	K	k
K	KK	Kk
k	Kk	kk

KK:Kk:kk is in een verhouding van 1:2:1, de eerste 2 bevatten echter de dominante variant, dus zal de kleur zich in 3:1 uitsplitsen en zal dus 25% wit (kk) zijn.

Mendeliaanse overerving van eigenschappen

De meeste eukaryoten hebben 2 sets chromosomen (2n) in hun cellen. Eén set van de moeder en één set van de vader. In dergelijke situatie moet je ervan uit gaan dat er dus 2 kopieën van een locus zijn. Dit zagen we reeds hierboven in de kruissingsschema's. Tijdens het aanmaken van de geslachtscellen komt èèn van de kopieën in èèn geslachtscel terecht. Indien beide kopieën hetzelfde zijn, zal 100% van de nakomelingen hetzelfde genotype van die ouder erven. Indien dit niet hetzelfde is (en de ouder dus hetrozygoot is), zal dit 50% voor ieder type genotype zijn.

Hierboven zijn de kruisingsschema's voor èèn locus gegeven. Bij twee loci zijn er natuurlijk meerder combinaties mogelijk. Stel we willen naast de bloemkleur, zoals hij hierboven genoemd is, ook naar de bladvorm kijken. Deze bladvorm is in het ene geval spits (B) en in het andere geval rond (b). We kruisen de volgende ouders:

BbKk x BbKK

Hieruit lezen we af dat beide ouders hetrozygoot voor het blad zijn, die overigens spits zijn. Tevens zijn beide ouders roodkleurig, maar is een ouder hetrozygoot en een homozygoot.

De eerste ouder maakt de volgende gameten aan: BK, Bk, bK en bk.

De andere ouder maakt de volgende gameten aan: BK en bK.

Zetten we dit in een kruisingsschema, dan ziet deze er als volgt uit:

	BK	Bk	bK	bk
BK	BBKK	BBKk	BbKK	BbKk
bK	BbKK	BbKk	bbKK	bbKk

De volgende genotypes ontstaan in deze kruising:

BBKK : BBKk : BbKK : BbKk : bbKK : bbKk

In de volgende ratio:

1 : 1 : 2 : 2 : 1 : 1

De fenotypes zien er als volgt uit:

Rood-spits : Rood-rond = 6 : 2 = 3 : 1

Co-dominantie

Bovenstaande is goed en duidelijk te begrijpen, toch komt het vaak voor dat we eigenschappen zien uitsplitsen, die we niet kunnen verklaren met het bovenstaande. Laten we eens kijken naar de bloedgroepen zoals die bij de mens aanwezig zijn. We kennen de bloedgroepen A, B, AB en O. Hier is maar een enkel locus bij betrokken en zijn zowel A als B dominant. In dit geval heet het co-dominantie. Zie hoe twee hetrozygote ouders als volgt uitsplitsen (i is in dit geval afwezigheid van het gen (niet functioneel locus):

G^Ai x G^Bi

	GA	i
GB	GAGB ( = AB)	GBi (= B)
i	GAi (= A)	ii (= O)

Uit deze kruising blijkt dus dat alle mogelijke bloedgroepen (= fenotypes) in de nakomelingen terecht kunnen komen (25% kans).