Informatie

Kan eenzelfde gen zich uitstrekken van het ene chromosoom naar een ander afzonderlijk chromosoom?


Kan een gen doorgaan van het ene chromosoom naar een ander afzonderlijk chromosoom? Kan bijvoorbeeld een deel van een oogkleurgen op het ene chromosoom liggen en de rest op het volgende chromosoom?


Meestal niet (zoals beschreven in het andere antwoord, worden niet-aaneengesloten stukjes DNA niet beschouwd als onderdeel van een enkel gen). Er zijn echter enkele gevallen van trans-splitsing waarbij het spliceosoom RNA's die afkomstig zijn van verschillende genomische locaties aan elkaar kan splitsen. Maar deze zijn zeldzaam en hebben geen direct effect op verschillende fenotypes zoals oogkleur, die als genen moeten worden geclassificeerd. Er is eigenlijk niet veel vooruitgang geboekt in dit aspect van transcriptomics.


Nee, een gen is beperkt tot een enkel chromosoom. Een gen wordt gekenmerkt door een startsequentie in het DNA (onder meer), die aangeeft dat de nucleotiden moeten worden gelezen en getranscribeerd naar RNA. Dit stuk DNA in het gen is aaneengesloten, hoewel sommige delen bij transcriptie kunnen worden overgeslagen. Omdat verschillende chromosomen fysiek verschillend zijn, zou de cellulaire machinerie twee startsequenties nodig hebben, wat in feite betekent dat er slechts twee afzonderlijke genen zijn. In plaats van één oogkleurgen op meerdere chromosomen te vinden, vind je in plaats daarvan meerdere oogkleurgenen op meerdere chromosomen.


Gen wordt meestal gedefinieerd als een stuk DNA dat een bepaald product produceert, of het nu een RNA- of polypeptidemolecuul is. In beide gevallen wordt RNA geproduceerd als tussenproduct of eindproduct. De aard van de RNA-productie uit DNA (ook wel transcriptie genoemd) is zodanig dat het dubbelstrengs DNA als substraat vereist, dat wil zeggen een continu polymeer van nucleotiden.

Dus alleen delen van chromosomen (die echt lange lineaire polymeren zijn) kunnen worden gebruikt als substraat of sjabloon voor RNA-productie.

Regelgevende elementen, die uiterst belangrijk zijn, kunnen echter overal zijn, zolang ze maar kunnen functioneren. Aangezien die elementen slechts speciale DNA-sequenties zijn die interageren met transcriptiefactoren en andere elementen van DNA->RNA-machines, kunnen ze zich op een ander chromosoom bevinden dan het gen van belang.


Kan eenzelfde gen zich uitstrekken van het ene chromosoom naar een ander afzonderlijk chromosoom? - Biologie

Gekoppelde genen kunnen tijdens recombinatie losraken. De kans dat genen uit elkaar gaan hangt af van hun afstand tot elkaar.

Leerdoelen

Bespreek hoe gekoppelde genen afzonderlijk kunnen worden geërfd

Belangrijkste leerpunten

Belangrijkste punten

  • Allelen die op hetzelfde chromosoom zijn gepositioneerd, worden niet altijd samen overgeërfd, omdat tijdens meiose gekoppelde genen los kunnen raken.
  • Frans Janssen suggereerde dat chromosomen ontkoppeld raken tijdens homologe recombinatie, een proces waarbij homologe chromosomen DNA-segmenten uitwisselen.
  • Alfred Sturtevant veronderstelde dat allelen die op een gen dichter bij elkaar lagen, eerder samen werden overgeërfd dan allelen die verder uit elkaar lagen en gebruikte metingen van recombinatie tussen genen om de eerste genetische kaart te maken.
  • Wanneer genen perfect gekoppeld zijn, hebben ze een recombinatiefrequentie van 0.
  • Wanneer genen niet gekoppeld zijn, hebben ze een recombinatiefrequentie van 0,5, wat betekent dat 50 procent van de nakomelingen recombinanten zijn en de andere 50 procent ouderlijke typen.

Sleutelbegrippen

  • homologe recombinatie: een type genetische recombinatie waarbij nucleotidesequenties worden uitgewisseld tussen twee vergelijkbare of identieke DNA-moleculen
  • koppeling: de eigenschap van genen om samen te worden geërfd
  • synapsis: de associatie van homologe maternale en vaderlijke chromosomen tijdens het eerste deel van de meiose

Genetische koppeling en afstanden

Het werk van Mendel suggereerde dat eigenschappen onafhankelijk van elkaar worden overgeërfd. Morgan identificeerde een 1:1 verhouding tussen een segregerende eigenschap en het X-chromosoom, wat suggereert dat de willekeurige segregatie van chromosomen de fysieke basis was van het model van Mendel. Dit toonde ook aan dat gekoppelde genen de voorspelde resultaten van Mendel verstoren. Het feit dat elk chromosoom veel gekoppelde genen kan dragen, verklaart hoe individuen veel meer eigenschappen kunnen hebben dan dat ze chromosomen hebben. Waarnemingen door onderzoekers in het laboratorium van Morgan suggereerden echter dat allelen op hetzelfde chromosoom niet altijd samen werden geërfd. Tijdens meiose werden gekoppelde genen op de een of andere manier ontkoppeld.

Homologe recombinatie

In 1909 observeerde Frans Janssen chiasmata (het punt waarop chromatiden met elkaar in contact komen en segmenten kunnen uitwisselen) voorafgaand aan de eerste deling van meiose. Hij suggereerde dat allelen losraken wanneer chromosomen fysiek segmenten uitwisselen. Terwijl chromosomen condenseerden en gepaard gingen met hun homologen, leken ze op verschillende punten op elkaar in te werken. Janssen suggereerde dat deze punten overeenkwamen met regio's waarin chromosoomsegmenten werden uitgewisseld. Het is nu bekend dat de koppeling en interactie tussen homologe chromosomen, bekend als synapsis, meer doet dan alleen de homologen organiseren voor migratie naar afzonderlijke dochtercellen. Wanneer ze worden gesynapseerd, ondergaan homologe chromosomen wederzijdse fysieke uitwisselingen van DNA aan hun armen in een proces dat homologe recombinatie wordt genoemd, of eenvoudiger, 'crossing-over'.

Genetische kaarten

In 1913 creëerde Alfred Sturtevant, een student in het laboratorium van Morgan, de eerste 'chromosoomkaart', een lineaire weergave van de volgorde van genen en de relatieve afstand op een chromosoom. Om een ​​chromosoomkaart te construeren, nam Sturtevant aan dat genen geordend waren serieel op draadachtige chromosomen. Hij nam ook aan dat de incidentie van recombinatie tussen twee homologe chromosomen overal langs de lengte van het chromosoom even waarschijnlijk zou kunnen zijn. Werkend onder deze veronderstellingen, veronderstelde Sturtevant dat allelen die ver uit elkaar lagen op een chromosoom, meer kans hadden om te dissociëren tijdens meiose, simpelweg omdat er een groter gebied was waarover recombinatie zou kunnen plaatsvinden. Omgekeerd zouden allelen die dicht bij elkaar op het chromosoom lagen waarschijnlijk samen worden geërfd. Het gemiddelde aantal cross-overs tussen twee allelen, of hun recombinatiefrequentie, correleerde met hun genetische afstand van elkaar, ten opzichte van de locaties van andere genen op dat chromosoom. Sturtevant verdeelde zijn genetische kaart in kaarteenheden, of centimorganen (cM), waarbij een recombinatiefrequentie van 0,01 overeenkomt met 1 cM.

Overervingspatronen van niet-gekoppelde en gekoppelde genen: In (a) bevinden twee genen zich op verschillende chromosomen, zodat er een onafhankelijk assortiment optreedt tijdens meiose. De nakomelingen hebben een even grote kans om het oudertype te zijn (dezelfde combinatie van eigenschappen te vererven als de ouders) of een niet-ouderlijk type (een andere combinatie van eigenschappen te vererven dan de ouders). In (b) liggen twee genen heel dicht bij elkaar op hetzelfde chromosoom, zodat er geen kruising tussen hen plaatsvindt. De genen worden daarom altijd samen geërfd en alle nakomelingen zijn van het oudertype. In (c) liggen twee genen ver uit elkaar op het chromosoom, zodat kruising plaatsvindt tijdens elke meiotische gebeurtenis. De recombinatiefrequentie zal hetzelfde zijn alsof de genen zich op afzonderlijke chromosomen zouden bevinden. (d) De werkelijke recombinatiefrequentie van de vleugellengte en lichaamskleur van fruitvliegen die Thomas Morgan in 1912 opmerkte, was 17 procent. Een crossover-frequentie tussen 0 procent en 50 procent geeft aan dat de genen op hetzelfde chromosoom liggen en dat crossover soms optreedt.

Genetische kaarten: Deze genetische kaart ordent Drosophila-genen op basis van recombinatiefrequentie.

Door allelen in een lineaire kaart weer te geven, suggereerde Sturtevant dat genen kunnen variëren van perfect gekoppeld (recombinatiefrequentie = 0) tot perfect ontkoppeld (recombinatiefrequentie = 0,5) wanneer genen op verschillende chromosomen liggen of genen ver uit elkaar liggen op hetzelfde chromosoom. Perfect niet-gekoppelde genen komen overeen met de frequenties die door Mendel zijn voorspeld om onafhankelijk te associëren in een dihybride kruising. Een recombinatiefrequentie van 0,5 geeft aan dat 50 procent van de nakomelingen recombinanten zijn en de andere 50 procent ouderlijke typen. Dat wil zeggen, elk type allelcombinatie wordt met dezelfde frequentie weergegeven. Hierdoor kon Sturtevant afstanden berekenen tussen verschillende genen op hetzelfde chromosoom.


Inhoudsopgave

Stel je voor dat je zus de Atlas DNA-test heeft gedaan. Ze kan niet wachten om je te vertellen over haar persoonlijke gezondheidssuggesties en een vreemde fotische niesreflex. Als je een beetje jaloers bent, word je ook nieuwsgierig naar je DNA.


Wat gebeurt er als je een Atlas-DNA-test doet?

Vorig jaar schreef National Geographic over tweelingmeisjes geboren met een verschillende huidskleur. Het ene kind erfde de genen van de moeder, het andere die van de vader. Toch is hun situatie niet uniek, en het gaat er niet om hoe nauwkeurig de DNA-test voor broers en zussen is.

Deze zussen hebben dezelfde ogen, maar verschillende oogcontouren

Huidpigmentatie, oog- en haarkleur zijn kenmerken die door uw DNA worden bepaald. Dit werd aangetoond door deze twee meisjes die aantoonden dat tweeling-DNA heel verschillend kan zijn. Daarom deel je, zelfs met dezelfde ouders, slechts enkele van je genen met je verwanten - ongeveer 50% (maar daar komen we later op terug).

Dat komt omdat het menselijk lichaam verschillende biologische mechanismen heeft die een bijna oneindig aantal gencombinaties kunnen creëren. En dat geeft broers en zussen ander DNA.


Kunnen twee mensen hetzelfde DNA hebben?

De kans op een geheime DNA-delende tweeling is vrij klein.

Gevraagd door: Griffin Windheuser, per e-mail

Je DNA is gerangschikt in chromosomen, die zijn gegroepeerd in 23 paren. Wanneer een zaadcel wordt gemaakt, wordt het genoom van de vader in tweeën gesplitst, zodat elk sperma één chromosoom krijgt van elk van de 23 paren, en hetzelfde gebeurt met de eicellen in de moeder. Wanneer het ei en het sperma samen een embryo vormen, bevat het resulterende genoom de helft van de chromosomen van de moeder en de helft van die van de vader, in wezen willekeurig gekozen.

Theoretisch zouden broers en zussen van hetzelfde geslacht kunnen worden gemaakt met dezelfde selectie van chromosomen, maar de kans dat dit gebeurt, is één op 246 of ongeveer 70 biljoen. In feite is het zelfs minder waarschijnlijk dan dat. Voordat de chromosoomparen volledig uit elkaar gaan, wisselen ze vaak individuele genen van het ene chromosoom naar het andere in het paar. Dit betekent dat zelfs als opeenvolgende spermacellen met exact dezelfde chromosoomselectie zouden worden gemaakt, ze niet dezelfde genen zouden bevatten.

Natuurlijk zijn veel van de genenparen in je genoom eigenlijk hetzelfde, dus het maakt niet uit welke kopie je gebruikt, maar de kans dat je toevallig een exact duplicaat van het genoom construeert, is nog steeds verwaarloosbaar klein. En zelfs identieke tweelingen hebben niet noodzakelijk identiek DNA. Verdwaalde kosmische straling en chemicaliën in onze voeding, zoals cafeïne en nicotine, kunnen hier en daar puntmutaties veroorzaken in willekeurige genen.

Abonneren ga naar BBC Focus magazine voor elke maand fascinerende nieuwe Q&A's en volg @sciencefocusQA op Twitter voor je dagelijkse dosis leuke wetenschappelijke feiten.


64 Chromosomale basis van erfelijke aandoeningen

Aan het einde van dit gedeelte kunt u het volgende doen:

  • Beschrijf hoe een karyogram wordt gemaakt
  • Leg uit hoe nondisjunctie leidt tot stoornissen in het aantal chromosomen
  • Vergelijk aandoeningen die aneuploïdie veroorzaakt
  • Beschrijf hoe fouten in de chromosoomstructuur ontstaan ​​door inversies en translocaties

Erfelijke aandoeningen kunnen optreden wanneer chromosomen zich abnormaal gedragen tijdens meiose. We kunnen chromosoomafwijkingen onderverdelen in twee categorieën: afwijkingen in het aantal chromosomen en chromosomale structurele herschikkingen. Omdat zelfs kleine chromosoomsegmenten vele genen kunnen omvatten, zijn chromosomale aandoeningen kenmerkend dramatisch en vaak fataal.

Chromosoom identificatie

Chromosoomisolatie en microscopische observatie vormen de basis van cytogenetica en is de primaire methode waarmee clinici chromosomale afwijkingen bij mensen detecteren. Een karyotype is het aantal en het uiterlijk van chromosomen, en omvat hun lengte, bandpatroon en centromeerpositie. Om een ​​beeld te krijgen van het karyotype van een individu, fotograferen cytologen de chromosomen en knippen en plakken ze elk chromosoom in een kaart of karyogram. Een andere naam is een ideogram ((figuur)).


In een bepaalde soort kunnen we chromosomen identificeren aan de hand van hun aantal, grootte, centromeerpositie en bandpatroon. In een menselijk karyotype zijn autosomen of "lichaamschromosomen" (alle niet-geslachtschromosomen) over het algemeen gerangschikt in geschatte grootte van grootste (chromosoom 1) tot kleinste (chromosoom 22). De X- en Y-chromosomen zijn geen autosomen. chromosoom 21 is echter eigenlijk korter dan chromosoom 22. Onderzoekers ontdekten dit nadat ze het syndroom van Down als trisomie 21 hadden genoemd, wat weergeeft hoe deze ziekte het gevolg is van het bezit van één extra chromosoom 21 (drie in totaal). Omdat ze de naam van deze belangrijke ziekte niet wilden veranderen, behielden wetenschappers de nummering van chromosoom 21, ondanks dat ze beschreven dat het de kortste set chromosomen had. We kunnen de chromosoom "armen" die vanaf beide uiteinden van het centromeer uitsteken, kort of lang noemen, afhankelijk van hun relatieve lengte. We korten de korte arm af P (voor "petite") terwijl we de lange arm afkorten Q (omdat het alfabetisch op "p" volgt). Nummers verdelen en duiden elke arm verder aan. Met behulp van dit naamgevingssysteem kunnen we chromosoomlocaties consistent beschrijven in de wetenschappelijke literatuur.

Genetici gebruiken karyogrammen om chromosoomafwijkingen te identificeren Hoewel we Mendel de 'vader van de moderne genetica' noemen, voerde hij zijn experimenten uit met geen van de hulpmiddelen die de genetici van tegenwoordig routinematig gebruiken. Een dergelijke krachtige cytologische techniek is karyotypering, een methode waarbij genetici eigenschappen kunnen identificeren die worden gekenmerkt door chromosomale afwijkingen van een enkele cel. Om het karyotype van een individu te observeren, verzamelt een geneticus eerst de cellen van een persoon (zoals witte bloedcellen) uit een bloedmonster of ander weefsel. In het laboratorium stimuleert hij of zij de geïsoleerde cellen om actief te gaan delen. De geneticus past vervolgens de chemische stof colchicine toe op cellen om gecondenseerde chromosomen in metafase te stoppen. De geneticus induceert vervolgens zwelling in de cellen met behulp van een hypotone oplossing, zodat de chromosomen uit elkaar gaan. Ten slotte bewaart de geneticus het monster in een fixeermiddel en brengt het aan op een objectglaasje.

De geneticus kleurt vervolgens chromosomen met een van de verschillende kleurstoffen om de verschillende en reproduceerbare bandpatronen van elk chromosoompaar beter te visualiseren. Na de kleuring bekijkt de geneticus de chromosomen met behulp van helderveldmicroscopie. Een veel voorkomende vlekkeuze is de Giemsa-vlek. Giemsa-kleuring resulteert in ongeveer 400-800 banden (van strak opgerold DNA en gecondenseerde eiwitten) die langs alle 23 chromosoomparen zijn gerangschikt. Een ervaren geneticus kan elke band identificeren. Naast de bandpatronen identificeren genetici chromosomen verder op basis van grootte en centromeerlocatie. Om de klassieke afbeelding van het karyotype te verkrijgen waarin homologe chromosoomparen in numerieke volgorde van langst naar kortst zijn uitgelijnd, verkrijgt de geneticus een digitaal beeld, identificeert elk chromosoom en rangschikt de chromosomen handmatig in dit patroon ((figuur)).

In zijn meest elementaire vorm kan het karyogram genetische afwijkingen onthullen waarbij een persoon te veel of te weinig chromosomen per cel heeft. Voorbeelden hiervan zijn het syndroom van Down, dat wordt geïdentificeerd door een derde kopie van chromosoom 21, en het syndroom van Turner, dat de aanwezigheid van slechts één X-chromosoom bij vrouwen in plaats van de normale twee kenmerkt. Genetici kunnen ook grote DNA-deleties of inserties identificeren. Genetici kunnen bijvoorbeeld het Jacobsen-syndroom - dat zowel onderscheidende gelaatstrekken als hart- en bloedingsafwijkingen omvat - identificeren door een deletie op chromosoom 11. Ten slotte kan het karyotype translocaties lokaliseren, die optreden wanneer een segment van genetisch materiaal breekt van één chromosoom en zich opnieuw hecht aan een ander chromosoom of aan een ander deel van hetzelfde chromosoom. Translocaties zijn betrokken bij bepaalde vormen van kanker, waaronder chronische myeloïde leukemie.

Tijdens het leven van Mendel was overerving een abstract concept dat alleen kon worden afgeleid door kruisingen uit te voeren en de eigenschappen te observeren die nakomelingen tot uitdrukking brachten. Door een karyogram te observeren, kunnen hedendaagse genetici de chromosomale samenstelling van een individu visualiseren om genetische afwijkingen bij nakomelingen te bevestigen of te voorspellen, zelfs vóór de geboorte.

Chromosoomgetalstoornissen

Van alle chromosomale aandoeningen zijn afwijkingen in het aantal chromosomen het duidelijkst te herkennen aan een karyogram. Chromosoomgetalstoornissen omvatten het dupliceren of verliezen van volledige chromosomen, evenals veranderingen in het aantal complete sets chromosomen. Ze worden veroorzaakt door nondisjunctie, die optreedt wanneer homologe chromosoomparen of zusterchromatiden niet scheiden tijdens meiose. Verkeerd uitgelijnde of onvolledige synapsis, of een disfunctie van het spindelapparaat die chromosoommigratie vergemakkelijkt, kan nondisjunctie veroorzaken. Het risico op het optreden van non-disjunctie neemt toe met de leeftijd van de ouders.

Nondisjunctie kan optreden tijdens meiose I of II, met verschillende resultaten ((figuur)). Als homologe chromosomen niet scheiden tijdens meiose I, is het resultaat twee gameten die dat specifieke chromosoom missen en twee gameten met twee chromosoomkopieën. Als zusterchromatiden niet scheiden tijdens meiose II, is het resultaat één gameet zonder dat chromosoom, twee normale gameten met één chromosoomkopie en één gameet met twee chromosoomkopieën.


Welke van de volgende beweringen over nondisjunctie is waar?

  1. Nondisjunctie resulteert alleen in gameten met n+1 of n-1 chromosomen.
  2. Nondisjunctie die optreedt tijdens meiose II resulteert in 50 procent normale gameten.
  3. Nondisjunctie tijdens meiose I resulteert in 50 procent normale gameten.
  4. Nondisjunctie resulteert altijd in vier verschillende soorten gameten.

Aneuploïdie

Wetenschappers noemen een individu met het juiste aantal chromosomen voor hun soort euploïde. Bij mensen komt euploïdie overeen met 22 paar autosomen en één paar geslachtschromosomen. Een persoon met een fout in het aantal chromosomen wordt beschreven als aneuploïde, een term die monosomie (een chromosoom verliezen) of trisomie (een vreemd chromosoom verkrijgen) omvat. Monosomische menselijke zygoten die geen enkele kopie van een autosoom missen, ontwikkelen zich steevast niet tot de geboorte omdat ze essentiële genen missen. Dit onderstreept het belang van "gendosering" bij mensen. De meeste autosomale trisomieën ontwikkelen zich ook niet tot de geboorte, maar duplicaties van enkele kleinere chromosomen (13, 15, 18, 21 of 22) kunnen resulteren in nakomelingen die enkele weken tot vele jaren overleven. Trisomische individuen lijden aan een ander type genetische onbalans: een te hoge dosis gens. Personen met een extra chromosoom kunnen een overvloed aan genproducten synthetiseren, waarvoor dat chromosoom codeert. Deze extra dosis (150 procent) van specifieke genen kan leiden tot een aantal functionele uitdagingen en sluit vaak ontwikkeling uit. De meest voorkomende trisomie bij levensvatbare geboorten is die van chromosoom 21, wat overeenkomt met het syndroom van Down. Korte gestalte en onvolgroeide cijfers, gezichtsuitdrukkingen met een brede schedel en grote tong, en aanzienlijke ontwikkelingsachterstanden kenmerken individuen met deze erfelijke aandoening. We kunnen de incidentie van het syndroom van Down in verband brengen met de leeftijd van de moeder. Oudere vrouwen hebben een grotere kans om zwanger te worden van foetussen met het trisomie 21-genotype ((figuur)).


Visualiseer het toevoegen van een chromosoom dat leidt tot het syndroom van Down in deze videosimulatie.

Polyploïdie

We noemen een individu met meer dan het juiste aantal chromosoomsets (twee voor diploïde soorten) polyploïd. Bijvoorbeeld, het bevruchten van een abnormaal diploïde ei met een normaal haploïde sperma zou een triploïde zygote opleveren. Polyploïde dieren zijn uiterst zeldzaam, met slechts enkele voorbeelden onder de platwormen, schaaldieren, amfibieën, vissen en hagedissen. Polyploïde dieren zijn steriel omdat meiose niet normaal kan verlopen en in plaats daarvan voornamelijk aneuploïde dochtercellen produceert die geen levensvatbare zygoten kunnen opleveren. Zelden kunnen polyploïde dieren zich ongeslachtelijk voortplanten door haplodiploïdie, waarbij een onbevruchte eicel zich mitotisch deelt om nakomelingen te produceren. Daarentegen is polyploïdie heel gebruikelijk in het plantenrijk, en polyploïde planten zijn meestal groter en robuuster dan euploïden van hun soort ((Figuur)).


Nondisjunctie van geslachtschromosoom bij mensen

Mensen vertonen dramatische schadelijke effecten met autosomale trisomieën en monosomieën. Daarom lijkt het contra-intuïtief dat menselijke vrouwen en mannen normaal kunnen functioneren, ondanks het feit dat ze verschillende aantallen X-chromosoom dragen. In plaats van winst of verlies van autosomen, treden variaties in het aantal geslachtschromosomen op met relatief milde effecten. Voor een deel gebeurt dit vanwege de inactivatie van het moleculaire proces X. Vroeg in de ontwikkeling, wanneer vrouwelijke zoogdierembryo's uit slechts een paar duizend cellen bestaan ​​(ten opzichte van biljoenen bij de pasgeborene), wordt één X-chromosoom in elke cel geïnactiveerd door stevig te condenseren tot een slapende (slapende) structuur of een Barr-lichaam. De kans dat een X-chromosoom (van moeders of vaderszijde afgeleid) in elke cel inactiveert is willekeurig, maar zodra dit gebeurt, zullen alle cellen die daarvan afgeleid zijn hetzelfde inactieve X-chromosoom of Barr-lichaam hebben. Door dit proces compenseren vrouwtjes hun dubbele genetische dosis X-chromosoom. Bij zogenaamde "schildpad"-katten zien we embryonale X-inactivatie als kleurschakering ((Figuur)). Vrouwtjes die heterozygoot zijn voor een X-gebonden vachtkleurgen zullen een van de twee verschillende vachtkleuren tot expressie brengen over verschillende delen van hun lichaam, overeenkomend met het X-chromosoom dat inactiveert in de embryonale celvoorloper van die regio.


Een persoon die een abnormaal aantal X-chromosomen draagt, zal op één na alle X-chromosomen in elk van haar cellen inactiveren. Zelfs geïnactiveerde X-chromosomen blijven echter enkele genen tot expressie brengen, en X-chromosomen moeten opnieuw worden geactiveerd voor de juiste rijping van vrouwelijke eierstokken. Als gevolg hiervan treden X-chromosomale afwijkingen meestal op met milde mentale en fysieke defecten, evenals steriliteit. Als het X-chromosoom helemaal afwezig is, zal het individu zich niet in de baarmoeder ontwikkelen.

Wetenschappers hebben verschillende fouten in het aantal geslachtschromosomen geïdentificeerd en gekarakteriseerd. Personen met drie X-chromosomen, triplo-X, zijn fenotypisch vrouwelijk, maar vertonen ontwikkelingsachterstanden en verminderde vruchtbaarheid. Het XXY-genotype, overeenkomend met één type Klinefelter-syndroom, komt overeen met fenotypische mannelijke individuen met kleine testikels, vergrote borsten en verminderd lichaamshaar. Er bestaan ​​meer complexe vormen van het Klinefelter-syndroom waarbij het individu maar liefst vijf X-chromosomen heeft. In alle typen ondergaat elk X-chromosoom behalve één inactivatie om de overtollige genetische dosering te compenseren. We zien dit als meerdere Barr-lichaampjes in elke celkern. Het syndroom van Turner, gekarakteriseerd als een X0-genotype (d.w.z. slechts een enkelvoudig geslachtschromosoom), komt overeen met een fenotypisch vrouwelijk individu met een kleine gestalte, een huid met zwemvliezen in het nekgebied, gehoor- en hartstoornissen en steriliteit.

Duplicaties en verwijderingen

Naast het verliezen of verkrijgen van een volledig chromosoom, kan een chromosomaal segment zichzelf dupliceren of verliezen. Duplicaties en deleties produceren vaak nakomelingen die overleven, maar fysieke en mentale afwijkingen vertonen. Gedupliceerde chromosomale segmenten kunnen versmelten met bestaande chromosomen of kunnen vrij zijn in de kern. Cri-du-chat (van het Frans voor "kreet van de kat") is een syndroom dat optreedt met afwijkingen van het zenuwstelsel en identificeerbare fysieke kenmerken die het gevolg zijn van een deletie van de meeste 5p (de kleine arm van chromosoom 5) ((Figuur) ). Zuigelingen met dit genotype stoten een karakteristieke hoge kreet uit waarop de naam van de aandoening is gebaseerd.


Chromosomale structurele herschikkingen

Cytologen hebben talrijke structurele herschikkingen in chromosomen gekarakteriseerd, maar chromosoominversies en translocaties komen het meest voor. We kunnen beide tijdens meiose identificeren door de adaptieve koppeling van herschikte chromosomen met hun voormalige homologen om de juiste genuitlijning te behouden. Als de genen op twee homologen niet correct zijn georiënteerd, kan een recombinatie-gebeurtenis resulteren in het verliezen van genen van het ene chromosoom en het verkrijgen van genen op het andere. Dit zou aneuploïde gameten produceren.

Chromosoominversies

Een chromosoominversie is het losmaken, 180° draaien en opnieuw inbrengen van een deel van een chromosoom. Inversies kunnen in de natuur voorkomen als gevolg van mechanische afschuiving of door de werking van transponeerbare elementen (speciale DNA-sequenties die het herschikken van chromosoomsegmenten kunnen vergemakkelijken met behulp van enzymen die DNA-sequenties knippen en plakken). Tenzij ze een gensequentie verstoren, veranderen inversies alleen de genoriëntatie en hebben ze waarschijnlijk meer milde effecten dan aneuploïde fouten. Een veranderde genoriëntatie kan echter leiden tot functionele veranderingen omdat regulatoren van genexpressie uit positie zouden kunnen raken ten opzichte van hun doelwitten, waardoor afwijkende niveaus van genproducten ontstaan.

Een inversie kan pericentrisch zijn en het centromeer omvatten, of paracentrisch en optreden buiten het centromeer ((Figuur)). Een pericentrische inversie die asymmetrisch is ten opzichte van het centromeer, kan de relatieve lengtes van de chromosoomarmen veranderen, waardoor deze inversies gemakkelijk herkenbaar zijn.


Wanneer een homoloog chromosoom een ​​inversie ondergaat, maar het andere niet, is het individu een inversie heterozygoot. Om punt-voor-punt-synapsis tijdens meiose te behouden, moet één homoloog een lus vormen en de andere homoloog moet eromheen vormen. Hoewel deze topologie ervoor kan zorgen dat de genen correct worden uitgelijnd, dwingt het ook de homologen om uit te rekken en kan het optreden bij onnauwkeurige synapsisregio's ((Figuur)).


De chromosoom 18-inversie Niet alle 8217 structurele herschikkingen van chromosomen produceren niet-levensvatbare, aangetaste of onvruchtbare individuen. In zeldzame gevallen kan een dergelijke verandering resulteren in de ontwikkeling van nieuwe soorten. In feite lijkt een pericentrische inversie in chromosoom 18 te hebben bijgedragen aan de menselijke evolutie. Deze inversie is niet aanwezig bij onze naaste genetische verwanten, de chimpansees. Mensen en chimpansees verschillen cytogenetisch door pericentrische inversies op verschillende chromosomen en door de fusie van twee afzonderlijke chromosomen bij chimpansees die overeenkomen met chromosoom twee bij mensen.

Wetenschappers geloven dat de pericentrische chromosoom 18-inversie plaatsvond bij vroege mensen na hun afwijking van een gemeenschappelijke voorouder met chimpansees ongeveer vijf miljoen jaar geleden. Onderzoekers die deze inversie karakteriseren, hebben gesuggereerd dat ongeveer 19.000 nucleotidebasen werden gedupliceerd op 18p, en het gedupliceerde gebied werd omgekeerd en opnieuw ingebracht op chromosoom 18 van een voorouderlijk mens.

Een vergelijking van genen van mens en chimpansee in het gebied van deze inversie geeft aan dat twee genen:ROCK1 en USP14- die aangrenzend zijn op chimpansee-chromosoom 17 (wat overeenkomt met menselijk chromosoom 18) zijn verder weg gepositioneerd op menselijk chromosoom 18. Dit suggereert dat een van de inversiebreekpunten tussen deze twee genen plaatsvond. Interessant is dat mensen en chimpansees zich uiten USP14 op verschillende niveaus in specifieke celtypen, waaronder corticale cellen en fibroblasten. Misschien heeft de inversie van chromosoom 18 in een voorouderlijk mens specifieke genen geherpositioneerd en hun expressieniveaus op een bruikbare manier gereset. Omdat beide ROCK1 en USP14 coderen voor cellulaire enzymen, kan een verandering in hun expressie de cellulaire functie veranderen. We weten niet hoe deze inversie heeft bijgedragen aan de evolutie van de mensachtigen, maar het lijkt een belangrijke factor te zijn in het verschil tussen mensen en andere primaten. 1

Translocaties

Een translocatie vindt plaats wanneer een chromosoomsegment dissocieert en opnieuw hecht aan een ander, niet-homoloog chromosoom. Translocaties kunnen goedaardig zijn of verwoestende effecten hebben, afhankelijk van hoe de posities van genen worden gewijzigd met betrekking tot regulerende sequenties. Er zijn met name specifieke translocaties opgetreden bij verschillende kankers en bij schizofrenie. Wederzijdse translocaties zijn het gevolg van het uitwisselen van chromosoomsegmenten tussen twee niet-homologe chromosomen, zodat er geen winst of verlies van genetische informatie is ((Figuur)).


Sectie Samenvatting

Het aantal, de grootte, de vorm en het bandpatroon van chromosomen maken ze gemakkelijk herkenbaar in een karyogram en maken de beoordeling van veel chromosomale afwijkingen mogelijk. Aandoeningen in het aantal chromosomen, of aneuploïdieën, zijn meestal dodelijk voor het embryo, hoewel enkele trisomische genotypen levensvatbaar zijn. Vanwege X-inactivatie hebben afwijkingen in geslachtschromosomen doorgaans mildere fenotypische effecten. Aneuploïdieën omvatten ook gevallen waarin de segmenten van een chromosoom zichzelf dupliceren of verwijderen. Inversie of translocatie kan ook chromosoomstructuren herschikken. Beide afwijkingen kunnen leiden tot problematische fenotypische effecten. Omdat ze chromosomen dwingen om onnatuurlijke topologieën aan te nemen tijdens meiose, treden inversies en translocaties vaak op met verminderde vruchtbaarheid vanwege de kans op non-disjunctie.

Vragen over visuele verbinding

(Figuur) Welke van de volgende beweringen over nondisjunctie is waar?

  1. Nondisjunctie resulteert alleen in gameten met n+1 of n-1 chromosomen.
  2. Nondisjunctie die optreedt tijdens meiose II resulteert in 50 procent normale gameten.
  3. Nondisjunctie tijdens meiose I resulteert in 50 procent normale gameten.
  4. Nondisjunctie resulteert altijd in vier verschillende soorten gameten.

Beoordelingsvragen

Welke van de volgende codes beschrijft positie 12 op de lange arm van chromosoom 13?

In de landbouw hebben polyploïde gewassen (zoals koffie, aardbeien of bananen) de neiging om ________ te produceren.

Neem aan dat een pericentrische inversie plaatsvond in een van de twee homologen voorafgaand aan meiose. De andere homoloog blijft normaal. Welke structuur, indien aanwezig, zouden deze homologen tijdens de meiose aannemen om nauwkeurig over hun lengte te paren?

Het genotype XXY komt overeen met

Afwijkingen in het aantal X-chromosomen hebben doorgaans mildere fenotypische effecten dan dezelfde afwijkingen in autosomen vanwege ________.

Per definitie omvat een pericentrische inversie de ________.

Vragen over kritisch denken

Gebruik diagrammen om te illustreren hoe nondisjunctie kan resulteren in een aneuploïde zygote.

De exacte diagramstijl zal er anders uitzien als het diagram (afbeelding).

Voetnoten

    Violaine Goidts et al., "Segmentale duplicatie geassocieerd met de mensspecifieke inversie van chromosoom 18: een verder voorbeeld van de impact van segmentale duplicaties op karyotype en genoomevolutie bij primaten," Menselijke genetica. 115 (2004):116-122

Woordenlijst


Het menselijk genoom is—eindelijk!—compleet

Het Human Genome Project liet 8 procent van ons DNA onontgonnen. Nu zijn voor het eerst die raadselachtige regio's onthuld.

Toen het menselijk genoom in 2000 voor het eerst als 'compleet' werd beschouwd, werd het nieuws met veel internationale tamtam ontvangen. De twee rivaliserende groepen die wedijverden om eerst het genoom af te maken - de ene een groot door de overheid geleid consortium, de andere een underdog particulier bedrijf - kwamen overeen om gezamenlijk succes te verklaren. Ze schudden elkaar de hand in het Witte Huis. Bill Clinton was voorzitter. Tony Blair straalde vanuit Londen. "We staan ​​op een buitengewoon moment in de wetenschappelijke geschiedenis", verklaarde een prominente wetenschapper toen die genomen werden gepubliceerd. "Het is alsof we naar de top van de Himalaya zijn geklommen."

Maar eigenlijk was het menselijk genoom niet compleet. Neither group had reached the real summit. As even the contemporary coverage acknowledged, that version was more of a rough draft, riddled with long stretches where the DNA sequence was still fuzzy or missing. The private company soon pivoted and ended its human-genome project, though scientists with the public consortium soldiered on. In 2003, with less glitz but still plenty of headlines, the human genome was declared complete once again.

But actually, the human genome was nog altijd not complete. Even the revised draft was missing about 8 percent of the genome. These were the hardest-to-sequence regions, full of repeating letters that were simply impossible to read with the technology at the time.

Finally, this May, a separate group of scientists quietly posted a preprint online describing what can be deemed the first truly complete human genome—a readout of all 3.055 billion letters across 23 human chromosomes. The group, led by relatively young researchers, came together on Slack from around the world to finish the task abandoned 20 years ago. There was no splashy White House announcement this time, no talk of summiting the Himalayas the paper itself is still under review for official publication in a journal. But the lack of pomp belies what an achievement this is: To complete the human genome, these scientists had to figure out how to map its most mysterious and neglected repeating regions, which may now finally get their scientific due.

“I consider this a landmark,” says Steven Henikoff, a molecular biologist at Fred Hutchinson Cancer Research Center, who was not involved in the project. Henikoff studies one of those enigmatic, hard-to-sequence regions where previous human-genome projects had given up: centromeres, which are the slightly pinched middles of each chromosome. Chromosomes, of which humans have 23 pairs, each consist of a long, continuous stretch of DNA that can be condensed into a rod shape the DNA at the centromere is particularly dense.

On five human chromosomes, the centromere is not in the middle but very close to one end, dividing the chromosome into one long and one very short arm. These short arms are also full of repeats that had never been entirely sequenced until now. Centromeres, short arms, and other types of repeating regions made up most of the 238 million letters the consortium ultimately added or corrected in the human genome.

The repeat-rich segments of the human genome do not usually contain genes, which is one reason they’ve long been neglected. Geneticists have focused largely on genes because their function is obvious and simple: A gene encodes a protein. (One big surprise of the earlier drafts of the human genome is how little of our DNA actually encodes proteins—only 1 percent. The role of the remaining 99 percent is becoming clearer.) Indeed, there have been hints that these repeat-rich regions also play important roles in how genes get expressed and passed on, and anomalies in them have been linked to cancer and aging. The consortium found 79 new genes hidden among the repeats too. With a map of these repeating regions finally in hand, scientists can probe more carefully their function.

The effort to finish the genome was “entirely grassroots,” says Adam Phillippy, a computational geneticist at the National Institutes of Health who co-leads the Telomere-to-Telomere (T2T) consortium that completed the genome. (Telomeres are the regions at the ends of chromosomes, so telomere to telomere means “end to end.”) Phillippy and Karen Miga, a geneticist at UC Santa Cruz, decided to create the consortium in 2018, after a call when they realized that they both harbored ambitions of finishing the human genome.

“I’m in love with repeats,” says Miga, who came to the project as a biologist trying to understand what those repeats do. Phillippy, a computer scientist by training, brought technical chops. Traditional sequencing technologies fragment DNA into small pieces, and computer algorithms have to reassemble them like puzzle pieces. The problem is that the pieces from repeating regions all look nearly the same. Now two new “long-read” sequencing technologies—called PacBio HiFi and Oxford Nanopore—allow scientists to read longer stretches of the genome. These sequencers still can’t handle chunks big enough to cross an entire centromere or a short arm, but at least the algorithms have larger puzzle pieces to assemble.

The role of centromere sequences, like many other repeating regions, is not yet fully understood, but they are most classically known as the key to cell division. When a cell divides in two, a protein spindle attaches to the centromeres, yanking the chromosomes apart to make sure that each cell gets the right number. When this goes wrong in eggs or sperm, babies can be born with chromosomal anomalies such as Down syndrome or Turner syndrome. When it goes wrong in other parts of the body, we can end up with blood cells, for example, that have too many or too few chromosomes. This is a hallmark of aging: It’s not unusual for men older than 70 to have lost the Y chromosomes in their blood cells. In one of two companion papers uploaded alongside the complete genome, the T2T consortium showed that Oxford Nanopore’s long-read technology can also be used to map where exactly the protein spindle attaches to the centromere. Examining the sequences in those regions might yield new clues to chromosomal anomalies.

The repeat-rich short arms of the chromosomes are similarly mysterious. They definitely play some role in the cellular machinery that translates genes into proteins, and knowing their sequences could shed more light on that function. Brian McStay, a biologist at the National University of Ireland at Galway, likens the complete genome to a “parts list” for chromosomes that allows scientists to try taking out the building blocks one by one. “Knowing what this parts list is, we can say, ‘This is exactly what our chromosome looks like,’” McStay says. “‘Let’s delete this and see what the impact on the function of that chromosome is.’”

As impressive as the technical feat of sequencing a complete human genome is, scientists told me that one genome is only one snapshot. Seeing how these repeating regions change over time from person to person, species to species, will be far more interesting. “What happens in cancer? What happens in development? What happens if you compare offspring to parents?” Henikoff says. The consortium proved that these repeating regions are sequenceable with the new long-read technologies. Now they can be applied to more genomes, allowing scientists to compare one with another.

Indeed, Miga says that the ultimate dream is to make every genome that scientists attempt to sequence complete from end to end, telomere to telomere. But first, the group has a more immediate goal in mind. If you wanted to fault the new genome for not being “complete,” you could point to the fact that it comprises only a single set of 23 chromosomes, whereas normal human cells have 23 pairs. To simplify the task, the group used cells from a particular type of tumor that develops from an abnormal fertilized egg and ends up with just 23 single chromosomes. The team will have to use different cells, with 23 pairs of chromosomes, to complete what is known as a “diploid” genome.

“The next major milestone would be routine diploid genomes,” says Shilpa Garg, a geneticist at the University of Copenhagen, in Denmark. Garg has used PacBio HiFi to rapidly assemble human genomes—minus some tricky regions such as the centromeres—at a rate of a few per day. That speed could help in clinical settings too, by making it easier for doctors to more regularly diagnose patients using genome sequencing. (In comparison, she says, assembling genomes from older sequencing technology takes as long as three weeks.) Truly complete genome sequencing, repeating regions and all, is getting easier and faster. Soon, another complete human genome will not be news at all.


Genetics, Autosomal Dominant

The field of genetics was born through meticulous studies in a monastery garden by a 19th-century monk, Gregor Mendel. His proposed laws explained the modes of inheritance of characteristic traits passed on through generations, such as the flower color of a pea plant. Though it would be many years before the term gene was introduced and much has been learned since his initial observations, the laws have withstood our advances and understanding of biology, with some interesting exceptions. Gregor Mendel proposed three laws explaining the inheritance of traits visible through generations - the characteristic of pea skin - wrinkled or smooth, the color of a pea plant flower - white, pink, red - among other features. We now understand that these traits are encoded in our instruction manual or our DNA. These simple changes to the phenotype, or the trait displayed in an organism, can be explained through changes in our genes. Mendel's laws include the Law of Dominance and Uniformity, the Law of Segregation, and the Law of Independent Assortment.

First, the Law of Dominance and Uniformity states that some alleles, which are variants of a particular gene found at the same chromosomal locus or location, are dominant over the other alleles for a given gene. Those traits that are not dominant are termed recessive. If an organism inherits at least one dominant variant, then it will display the effect, or phenotype, of the dominant allele. Second, the Law of Segregation states that the two alleles for each gene separate from each other during gametogenesis so that the parent may only pass off one allele thus, the offspring can only inherit one allele from each parent. Third, the Law of Independent Assortment (Law of Reassortment) states that the alleles of different genes segregate independently of one another during gametogenesis and are distributed independently of one another in the next generation. This concept was later verified with chromosomes, though also disproven in some instances. For example, when genes occur on the same chromosome, they can be linked and not follow this law.


Neandertal genes in people today may raise risk of severe COVID-19

Interbreeding left genetic fossils of Neandertal DNA in humans (Neandertal skull shown). One of those relics may make people more susceptible to coronavirus.

Halamka/iStock / Getty Images Plus

Deel dit:

October 2, 2020 at 12:42 pm

Some people’s genetic inheritance from Neandertals may raise their risk of developing severe COVID-19.

A stretch of DNA on human chromosome 3 was previously found to be associated with an increased risk of developing severe disease from coronavirus infection and of being hospitalized. Some genetic heirlooms passed down after humans interbred with Neandertals more than 50,000 years ago are known to affect immune system function and other aspects of human health even today (SN: 2/11/16). So researchers decided to see whether Neandertals and other extinct human cousins called Denisovans also share the risky region.

“I fell off my chair. It was really a surprise to see that the genetic variants were exactly the same as Neandertals’,” says evolutionary geneticist Hugo Zeberg of the Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology in Leipzig, Germany, and the Karolinska Institute in Stockholm. Zeberg and his Max Planck colleague Svante Pääbo report the findings September 30 in Natuur.

About half of people whose ancestors hail from South Asia — particularly Bangladesh — and about 16 percent of people in Europe today carry this bit of Neandertal legacy, the new study finds.

Meld u aan voor e-mailupdates over het laatste coronavirusnieuws en onderzoek

The risky DNA was identified as a COVID-19 danger zone in genome-wide association studies, or GWAS, which use statistical methods to find genetic variants that show up more often in people with a particular disease than in those without the disease. In this case, the comparison was between people who have milder forms of COVID-19 and people who required hospitalization.

This stretch on chromosome 3 contains multiple genetic variants that are almost always inherited together, forming a block known as a haplotype. Those variants aren’t necessarily the genetic tweaks that lead to more severe disease, but they flag that one or more genes in the region might be responsible for increasing susceptibility to the coronavirus. The researchers are working to figure out which genes in the region might be contributing to susceptibility, Zeberg says.

Of 13 genetic variants that make up the risky haplotype, 11 were found in the DNA of a 50,000 year-old Neandertal from Vindija Cave in Croatia (SN: 10/10/17), and three were shared with two Neandertals from the Altai mountains in Russia. Denisovans, on the other hand, didn’t carry these variants.

Although most non-Africans carry some Neandertal DNA as a relic of ancient interbreeding, inheritance of the COVID-19 susceptibility haplotype was patchy. The haplotype didn’t get passed down in East Asia, but people of South Asian ancestry were more likely to carry the Neandertal legacy. About 63 percent of people in Bangladesh have at least one copy of the disease-associated haplotype, and 13 percent have two copies (one from their mother and one from their father). For them, the Neandertal DNA might be partially responsible for increased mortality from a coronavirus infection. People of Bangladeshi origin living in the United Kingdom, for instance, are twice as likely to die of COVID-19 as the general population.

Bekijk al onze berichtgeving over de uitbraak van het coronavirus

That patchwork inheritance pattern may indicate that different evolutionary pressures were at work during the haplotype’s history, says Tony Capra, an evolutionary geneticist at the University of California, San Francisco. “It’s an important lesson about genetic variation what’s good in one place can be bad in another place.”

In Bangladesh, the haplotype may have given people an evolutionary advantage in fighting off other pathogens, such as cholera, allowing it to increase in frequency, Zeberg speculates. In East Asia, it might have been an evolutionary disadvantage when dealing with other illnesses, leading to its decline.

The results don’t mean that carrying Neandertal DNA will cause people to become severely ill — nor that not having it will protect people. East Asians generally have more Neandertal DNA than other groups (SN: 2/12/15), but didn’t inherit this risky heirloom. Still, thousands of people in China and other parts of East Asia have died of COVID-19. On the other hand, people of African descent have little to no Neandertal DNA, but Black Americans are among those at highest risk of dying of COVID-19, often for reasons that may have nothing to do with their genes (SN: 5/10/20).

Capra stresses that “with COVID-19, there’s a genetic component that is important, but social and other environmental factors are so much more important in determining risk and severity.” For instance, one of the biggest risk factors is age, with young children at the least risk and elderly people far more likely to be hospitalized or die when they contract COVID-19.

Meld u aan voor het laatste van Wetenschapsnieuws

Koppen en samenvattingen van de laatste Wetenschapsnieuws artikelen, bezorgd in je inbox


Can a same gene stretch from one chromosome to another separate chromosome? - Biologie

The Y-Chromosome and Genetic Genealogy.

DNA. DNA contains the codes that determine our inherited characteristics. It consists of long strings of molecules in the form of the now famous "double helix," which looks somewhat like a spiral staircase. The coding part of DNA consists of four types of base pairs weakly bonded across the "steps" of the staircase. These four bases have been named adenine (A), thymine (T), cytosine (C), and guanine (G). The four letters A, T, C and G are consequently used to describe sequences of DNA. "Genes" consist of specific sequences of the four bases, which control the production of RNA or proteins. However mixed in among the genes are long segments of DNA that appear to serve no function. DNA is contained in 46 chromosomes found in 23 pairs in the nucleus of nearly every cell of the human body.

The Y-Chromosome. The y-chromosome is inherited more or less unchanged from father to son to grandson, indefinitely. Chromosomes contain the DNA that determines our inherited characteristics, and the y-chromosome is one of the 46-chromosomes in the nucleus of each of the cells of all human males. Most chromosomes, including the two x-chromosomes possessed by females, get recombined or shuffled each generation before being passed down to offspring. But the y-chromosome is unique in remaining more or less unchanged when passed from father to son. Thus while most chromosomes will contain a random mixture of genetic codes from one's grandparents and great-grandparents, a male's y-chromosome will be identical or nearly identical to that of his father, grandfather, great-grandfather and beyond for countless generations. Since surnames tend to be inherited in the same manner as y-chromosomes (from father to son or patrilineally), y-chromosome testing lends itself particularly well to surname studies.

"Unchanged" must be qualified by "more or less" because mutations occasionally occur. Otherwise all males would have identical y-chromosomes, making them useless for genealogical purposes. By looking at specific locations on the y-chromosome (known as markers among genealogists), we can compare individuals and support or disprove suspected genealogical relationships.

Application to Genealogy. One approach is to use y-chromosome testing to focus on certain well-defined puzzles or hypotheses. Several ancestral Bachmans lived in the same area of the same village in 17th century Switzerland. A reasonable supposition would be that they might share a common ancestor from which they inherited their surnames. By comparing the y-chromosomes of descendants of each of the ancestral Bachmans, we should be able to substantiate or disprove the hypothesis of a common Bachman ancestor. This approach requires two or more people to submit samples together.

Another puzzle we had concerned the naturalist, the Rev. John Bachman, Audubon's collaborator and coauthor. John Bachman's biographical sketch suggested he was a descendant of Johann Georg Bachman who had settled in Saucon township in Pennsylvania in the early 1700's. But other details were inconsistent and a link had never been proven. By testing a known descendant of Johann Georg and a descendant of John Bachman, we were able to show that the two men did indeed have a common ancestor, tending to substantiate the relationship.

Another approach is to establish a surname y-chromosome study and invite any male sharing the same surname to participate. Our Bachman/Baughman study has evolved in this direction. The testing companies encourage this approach by giving discounts to surname groups and publicizing the fact that specific surname groups exist. As the number of participants grow, some who share a surname will be found to have a previously unknown link to each other through a (possibly unknown) common ancestor. This approach is particularly useful when you have a combination of individuals with deep patrilineal lineages and others with fairly shallow knowledge (say to about 1800) but hopes of finding connections. Even if the results are negative, knowing that two branches sharing the same last name do not share a common ancestor may result in less time wasted searching for possible connections that do not exist. One participant in the Bachman study, whose earliest know ancestor was a John Baughman who was born about 1800 in Westmoreland Co., PA was tested. He was found to share a y-chromsome with several American Bachman/Baughman lines in Pennsylvania and Kentucky and with a Swiss Bachmann who had originated in Canton Aragau. Although the links have not yet been found, the common origin has been established.

Females cannot participate directly in y-chromosome studies, having no y-chromosomes. However if they wish to research their father's patrilineage, they can help sponsor their father or a brother or other patrilateral relative of their father.

Markers. There are a number of different kinds of mutations (changes in the genetic code) that can occur when DNA is copied within a cell and passed on to the next generation. Short-tandem repeats (STR's), also known as microsatellites, are the markers tested in most genealogical y-chromosome studies. STR's occur at specific locations on the y-chromosome, which are often referred to as loci, and are given names such as "DYS391." STR's occur when short segments of DNA sequences get repeated over and over along a portion of a chromosome. For example, DYS391 consists of repeats of the base sequence -GATA-. Once an STR exists, it may change by adding or subtracting a repeat or two during the replication process. Estimates of the frequency of changes range from less than 2 mutations per 1000 generations to over 7 per 1000 generations for each STR, depending on which marker. Thus over a long period of time, individuals will tend to have at least some differences in the values (number of repeats) on the various STR markers on their y-chromosome. If you look at 25 markers, there is about a 50% chance you will find at least 1 mutation in 9-10 generations (or, counting both up and down from the common ancestor, between yourself and a 4th cousin). DYS391 can have values ranging from 7 to 14 repeats, with 10 and 11 being common in populations with European ancestry. There have been over 200 STR markers identified on the y-chromosome, but not all are variable enough for genealogical purposes. Testing companies currently test between 10 and 43 markers.

Haplogroups and "clans." Another kind of mutation is a base substitution (single nucleotide polymorphism or SNP). A change to a given base is extremely rare compared to changes in STR's, and specific substitutions are believed to have occurred only once in human history. Thus all people who share a specific SNP value usually can trace it back to a mutation in a single ancestor. Consequently, SNP's can be used for broad anthropological studies of our ancestry, and have been used to create a "family tree" of the paternal heritage of all humankind. Large haplogroups (or "clans" in the terminology of some testing companies) originated with a single ancestor who had a specific SNP mutation, and these haplogroups have been given names beginning with capital letters. The most common haplogroup among Europeans is labeled R1b. It is especially common along the Atlantic seaboard (over 80% of some populations), but is also frequent throughout Europe. Other common European haplogroups include R1a and I, which are common in northern and central Europe. In order to know your haplogroup with 100% certainty, you would need to pay for a separate SNP test. But certain combinations of STR values are commonly associated with specific haplogroups, and most people's haplogroups can be accurately guessed from their STR values. This is because even after thousands of years, the STR values of the original fathers of the various haplogroups are still reflected in the STR values found among his descendants. For example, most of the Richterswill Bachman/Baughmans who have been tested so far have STR haplotypes that are clearly R1b.

Knowing one's haplogroup may not tell you much about your more recent genealogy, but it is of interest to many to know if their ancient patrilineal ancestor was one of the Cro-Magnon people who first resettled western Europe after the ice ages (R1b), one of the Gravetians who came into Europe from the east a bit later (I), or one of the early agriculturalists who came from the Middle-east thousands of years later (J, among others).

Another kind of haplogroup or "clan" involves classification using mitochondral DNA (mtDNA). MtDNA is found outside of the nucleus of cells, does not recombine, and is passed on by females. Thus it can be used to establish matrilineal groupings (popularized in the book "The Seven Daughters of Eve"). But because it mutates relatively slowly, is of less use for genealogy. More information on mtDNA.

Risks. The markers that are tested for family studies are "junk" DNA and believed unrelated to any physical or medical characteristics. This means there is little danger if the privacy guarantees of the testing companies were somehow breeched. Nor can the markers tested be used to uniquely identify individuals, since the same set of marker values may be shared by many related or even unrelated (in a genealogical time frame) individuals. Thus the results would not be useful for civil or criminal proceedings. The single largest potential risk of y-chromosome tests (unless one includes the costs) is the possibility that a participant will discover that he is not biologically related to someone else in the way expected. Sometimes a long established and accepted genealogy will turn out to have been wrong. Illegitimacy rates vary by time, place, and economic and social status, but have always occurred. Adoptions have also always occurred, and their knowledge might easilty be lost by later generations, especially prior to widespread vital records. Thus unexpected non-matches can occur, and some people may find this disturbing or even traumatic, especially if a "non-paternal event" may have occurred in the recent past.

Conclusie. The most effective use of y-chromosome testing for genealogical purposes will be either within a family surname project or when testing a specific hypothesis about a possible common ancestry of two individuals. Not every genealogical puzzle can be solved with DNA, and it is important that participants in such studies realize that there is no guarantee that the results will be as desired or expected. However under the appropriate circumstances, genetic or molecular genealogy can be a powerful tool to substantiate or disprove hypotheses where traditional documentation is weak or non-existent.


Sex Determination

There is one exception to the rule that all chromosomes come in matching pairs, and that exception determines whether newly conceived organisms develop into males or females. The pair of dissimilar chromosomes have been designated X and Y. It is important to remember that although they have different names, they do form a pair in the same way their more alike counterparts do. The Y chromosome is shorter than the X. That is just another way of saying that it has fewer genes, or less genetic material. But it does contain one gene that the X does not, and that is the TDF gene—the gene that causes maleness.

Every normal human female has two X chromosomes every normal male has both an X and a Y. (There are variations to this rule in some other types of organisms.) When eggs, the female sex cells, are formed during the first stage of meiosis, each one gets two copies of the X chromosome. When sperm cells are formed, each gets an X and a Y. When these cells divide again during the second stage of meiosis to create a cell with only one copy of each chromosome, the egg must have an X and only an X because that is all it had to start with. A sperm cell can have either an X or a Y.

When egg and sperm combine during the conception of a new individual, the cell that is produced must therefore inherit one X chromosome from its mother. From its father, however, it can inherit either an X or a Y. Whether a sperm cell has an X or a Y chromosome is random, accounting for the roughly equal number of males and females born.

For the first six weeks of life, the human embryo, whether it is to become a male or female, develops in the same way. Sometime during the seventh or eighth week of pregnancy, the TDF gene provided by the Y chromosome, if there is one, becomes active. During this period of activity, which lasts only during this phase of the embryo's growth, the gene sends chemical instructions to other genes, telling them to produce the proteins that will cause certain cells to mature into male testicles. The testicles produce hormones which create other male sexual characteristics. If only X chromosomes are present, this process does not occur and the embryo develops into a female.


Bekijk de video: I put my DNA under the microscope and you can too. Amateur Science 139 (December 2021).