Dobrý den. V této přednášce se zaměříme na genetický význam mitózy a meiózy.
Přednáška je součástí modulu 1, genetika zvířat. Vytvoření této prezentace bylo podpořeno grantem ERASMUS + KA2 v rámci projektu ISAGREED,
Inovace obsahu a struktury studijních programů v oblasti managmentu živočišných genetických a potravinových zdrojů s využitím digitalizace.
Gregor Mendel byl první kdo rozpoznal, že děje související s jeho elementy během tvorby gamet, úzce souvisí s dědičností.
O chromozomech ve své době nic nevěděl, jejich existence byla popsána až ke konci jeho života Flemmingem.
Že dědičnost Mendelových elementů souvisí s chováním chromozomů během buněčného dělení byla prokázána až po roce 1900.
Ve 20. a 30. letech 20. století byla formulována chromozomální teorie dědičnosti. Propojení Mendelových diskrétních jednotek
– elementů s jejich umístěním na lokusech na chromozomech se stalo nedílnou součástí představ vědců o dědičnosti na počátku 20. století.
Pro lepší představu si ukážeme, jak se chovají a co se děje s chromozomy během buněčného cyklu.
Diploidní organismy mají vždy dvě kopie stejného chromozomu – jeden jsme zdědili od matky a druhý od otce.
Tvoří homologický chromozomální pár. Buňka, která normálně roste, probíhá v ní metabolismus, má v každém chromozomu jednu molekulu DNA a je tvořen jednou chromatidou.
Na obrázku vlevo máme na chromozomálním páru umístěn gen, v kterém je heterozygotní, Aa.
Jakmile se buňka rozhodne, že se bude dělit, vstoupí do S fáze (syntetické fáze), kde dojde z genetického hlediska k replikaci DNA a tzv. duplikaci chromozomů.
Nemění se však počet chromozomů, ale v rámci každého chromozomu se objeví dvě chromatidy, které jsou spojené a tvoří jeden chromozom.
Tyto chromatidy jsou identické, nesou stejnou genetickou informaci a nazývají se sesterské.
Vidíme je na obrázku vpravo. Takovéto dvouchromatidové chromozomy vstupují přes G2 fázi do buněčného dělení, ať už mitózy nebo meiózy.
A toto je zásadní pro pochopení souvislosti dědičnosti genů, které jsou umístěny na chromozomech, a chováním chromozomů během následujícího dělení.
Na tomto schématu to máme zjednodušeně zobrazeno. V G0 a G1 fázi jsou chromozomy jednochromatidové.
Každý chromozom je tvořen jednou DNA. Celkový obsah DNA je roven 2c (c jako content) a počet chromozomů je 2n (diploidní stav).
Obsah DNA je totéž, jako kdybychom řekli počet chromatid.
V S fázi a G2 fázi po replikci DNA, zůstává počet chromozomů stejný, tedy 2n, ale množství DNA a tím pádem i počet chromatid je 4c.
A tyto dvouchromatidové chromozomy následně vstupují do buněčného dělení – mitózy nebo meiózy.
Jaký je genetický pohled na chování chromozomů během mitózy? Budeme sledovat dva chromozomální páry, kdy jedinec je dihybrid Aa Bb.
Každý gen je na jiném chromozomálním páru – na zelených chromozomech je gen A na červených je gen B.
Ve výchozí buňce v G1 fázi vidíme tedy stav 2n a 2c (v našem případě celkově 4 chromozomy a 4 chromatidy), protože chromozomy jsou jednochromatidové.
Po duplikaci chromozomů, tedy replikaci DNA, vznikají dvouchromatidové chromozomy a máme pak stav 2n a 4c (máme 4 chromozomy, ale 8 chromatid).
Tato buňka pak vstoupí do dělení mitózou. Mitóza je tvořena 4 fázemi.
V profázi se chromozomy zkracují, protože se kondenzují a zahušťují, aby vznikla kompaktní hmota, která je viditelná v optickém mikroskopu.
V metafázi se chromozomy postaví do ekvatoriální roviny a napojí se mikrotubuly dělícího vřeténka z obou stran pólů buňky.
Pořád máme stav 4c, 2n.
Protože jsou mikrotubuly dělícího vřeténka napojeny z obou pólů na centromeru každého 1 konkrétnímu chromozomu, dochází v
anafázi k oddělení čili segregaci chromatid původního chromozomu a vzniká situace, kdy se nám z jednoho chromozomu vytvoří dva chromozomy ale jen s jednou chromatidou.
Čili k jednomu pólu buňky jde situace 2c a 2n a k druhému pólu také 2c a 2n.
Po telofázi a cytokinezi můžeme vidět dvě nové buňky, které jsou geneticky naprosto identické vůči sobě i vůči výchozí mateřské buňce.
Jsou dihybridní.
Tím že se rovnoměrně segregují chromatidy, dochází k přesné reprodukci genetické informace z jedné generace buněk do druhé.
To je hlavní význam mitózy. Takto se dělí naše somatické buňky.
Meióza je tvořena dvěma samostatnými děleními. Před první miózou dochází k replikaci DNA v S fázi.
Čili opět ze stavu 2n a 2c se vytvoří buňka 2n a 4c. A tato buňka vstupuje meiózy I.
Meióza I je geneticky nejdůležitější, protože tady dochází k hlavním procesům, které souvisí s Mendelovými principy dědičnosti.
V profázi I dochází jako v mitóze ke kondenzaci chromozomů. Jejich zkracování.
Hlavní rozdíl mezi mitózou a meiózou I je, že páry homologických chromozomů jsou u sebe a tvoří bivalenty (2 chromozomy u sebe), nebo tetrády (4 chromatidy u sebe).
A protože jsou blízko u sebe, může dojít ke crossing overu. Tento děj bude prezentován v přednášce o vazbě genů.
Důležité je, že jsou u sebe a takové potom v době metafáze řadí v ekvatoriální rovině buňky.
Když sledujeme dva páry homologických chromozomů, jsou pak dva možné způsoby jejich uspořádání, a to s pravděpodobností 50 na 50 %.
V situaci buď v pravé nebo v levé buňce se v napojí mikrotubuly dělícího vřeténka ALE pouze ke každému chromozomu jen z jedné strany.
To je další zásadní rozdíl mezi mitózou a meiózou. V našem případě v metafázi I můžou vznikat dvě kombinace uspořádání párů chromozomů.
Buď jedna nebo druhá. Tento stav vysvětluje Mendelův princip volné kombinovatelnosti, kterou Mendel pozoroval v F2 generaci u dihybridního křížení.
Dále buď buňka vpravo nebo vlevo potom vstoupí do další fáze meiózy I, do anafáze I.
Zde dochází k segregaci, ale z důvodu napojení mikrotubulů dělícího vřeténka z každého pólu buňky jen k jednomu chromozomu z páru, dochází k segregaci celých chromozomů.
V důsledku toho vznikají na konci meiózy I haploidní buňky 1n a 2c, protože segregovaly celé dvouchromatidové chromozomy od sebe.
Tento proces zase vysvětluje Mendelův princip segregace, který objevil při analýze monohybridního křížení. Tyto buňky ještě nejsou zralé gamety, a proto ještě musí vstoupit do meiózy II.
Haploidní buňky 1n 2c vzniklé meiózou I se přes profázi II dostanou do metafáze II, kde se opět chromozomy sestaví do ekvatoriální roviny.
Natáhnou se mikrotubuly dělícího vřeténka z obou 2 stran ke každému chromozomu. V anafázi II, zase dochází k segregaci, tentokrát sesterských chromatid.
Tento proces je stejný jako u mitózy. Segregací chromatid v anafázi II získáme na konci meiózy II z každé buňky dvě nové buňky,
které jsou stále haploidní 1n, ale každý chromozom nese jenom 1 DNA v jedné chromatidě čili jsou 1c. To je finální produkt.
Haploidní buňky 1n 1c, které když se při oplození spojí do zygoty, tak má 2n 2c počty chromozomů a DNA.
Jaký je tedy genetický význam meiózy? Meióza slouží k redukci genetické informace na polovinu,
aby při pohlavním rozmnožování vznikali potomci stejní jako rodiče z hlediska množství genetického materiálu.
Navíc v důsledku volné kombinovatelnosti chromozomálních párů v metafázi I vznikají různorodé gamety z hlediska kombinování mezi různými geny.
Protože ty dva geny jsou na různých chromozomálních párech, tak se mohou volně kombinovat a nezávisle na sobě segregovat během anafáze I.
Proto vzniká variabilita v gametách a v našem případě, když vstupují do meiózy tisíce buněk dihybrida Aa Bb,
vznikají 4 typy gamet AB, Ab, aB a ab v poměru 1 : 1 : 1 : 1.
Když si shrneme oba typy dělení, téma genetický význam mitózy a meiózy.
Tak při mitóze je dědičnost o přenosu genetické informace z 1 diploidní buňky do 2 nových diploidních buněk, ale tak, že jsou geneticky identické.
Týká se to zejména somatických buněk mnohobuněčných organismů.
Naproti tomu genetický význam meiózy je ten, že v důsledku volné kombinovatelnosti a segregace vznikají neidentické haploidní buňky,
gamety, které mají velkou genetickou variabilitu.
A děkuji vám za pozornost.