Formale Genetik I (Experimentelle Genetik / Mendelgenetik)

• Die 3 Gesetze von Mendel sind die Grundlage, wie Abschnitte der DNA von den Eltern an die Nachkommen vererbt werden.
• N.b. einige Merkmale mendeln, d.h. sie werden monogen vererbt (ein Gen, zwei Allele) und ihre Ausprägung wird nicht durch Umwelteinflüsse beeinflusst (umweltstabile Merkmale). Viele Merkmale mendeln nicht, d.h. ihre Ausprägung kann durch genetische Faktoren und/oder Umwelteinflüsse beeinflusst werden.

• Formale Genetik-> die Äussere Form betreffend
• Experimentell (Planung, Methodik, Widerholbarkeit, statistische Analyse damit die Experimenten aussagekräftig sind)
• Empirisch (Erfahrung)

Erster Konzept der Genetik: Stützt auf empirische Erkenntnisse, dass nicht alle Menschen gleich aussehen und, dass ihr Kinder ihren Eltern oft ähnlicher sind als nicht-verwandten Menschen.

Zweiter Konzept der Genetik: Erkrankungen treten in bestimmten Familien häufiger auf als in der restlichen Population. (Bsp. Bluterkrankung)

• monogene Erkrankungen
•                 autosomal dominant oder rezessiv
•                 X-Chromosomal dominant oder rezessiv
•                 Y-Chromosomal
•                mitochondriale Erkrankungen (Organe die viel Energie brauchen meist betroffen)

• Chromosomenaberrationen: Zahl der Chromosomen/ Teil der Chromosomen stimmt nicht
•                 de novo
•                 vererbt (balanciert bei einem Elternteil)

• Komplexe (multifaktorielle, polygene) Erkrankungen (Fehlbildungen/Anomalien/Prädisposition)
•                 

Äusseren nicht-/sichtbaren Merkmalen (Morphologie, Physiologie, Verhalten)

gleichen Phänotyp: Individuen einer Population die in gewisse Merkmalen/Eigenschaften ähnlich sind.

 Kann sich auf eine Ausprägung/ ein Merkmal beschränken (Bsp. Haarlänge)

Kann verändert/imitiert werden (Kontaktlinsen,...)

Ursache eines Phänotyps ist nicht immer offensichtlich

Veterinärmedizin versucht den Phänotyp exakt und objektiv zu beschreiben

Kann sich im Laufe des Lebens ändern

Bsp. von Phänotypen

• • Erbkrankheit (z.B. Progressive Retinaatrophie-PRA)
• • Leistungseigenschaft (z.B. Milchleistung einer Kuh)
• • morphologisches Merkmal (z.B. Augenfarbe)
• • Verhaltensweise (z.B. aggressives Verhalten)
• • gemessener Wert (z.B. Körpergewicht)
• • Blutgruppe (z.B. ABO)
• • Prädisposition
• • Fehlbildungen/Anomalien

Individuen mit identische Allele an einem Genort haben den gleichen Genotyp

Beschreibt die Allele aller Gene aller Chromosomen eines Individuums oder auf die beiden Allele eines einzelnen Genortes auf einem Chromosom

Genetik untersucht wie dem ererbtem Genotyp mit dem beobachteten Phänotyp zusammenhängt 

• Bleibt mehr oder weniger während des ganzes Leben gleich-> Somatische Mutationen können zu Mosaiken Führen
• => Somatisches Mosaik: postzygotische Mutation (Mutation die nach der Befruchtung der Eizelle stattfindet)
• Stimmt nicht immer mit dem beobachteten Phänotyp überein (Phänotyp: Stute, chromosomaler Genotyp: Hengst, 64 XY)
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• Verbindung zwischen ererbtem Genotyp, Mutationen und dem Phänotyp zu verstehen!
• 
• Wichtige Methode, um diese Wege zu analysieren ist die Untersuchung, wie die verschiedene genetische Unterschiede zusammen mit wechselnden Umwelteinflüssen zu verschiedenen Phänotypen führen
• Pflanzen am besten geeignet -> Kurze Generationszeiten, Hohe Anzahl an Nachkommen, tiefe Kosten

• Gregor Mendel (1822-1884) -> Versuche über Pflanzenhybride 1865-1866
•  Zu beachten:
•     Chromosomen noch nicht entdeckt
•     Rolle/ Mechanismus der Meiose nicht bekannt
•     DNA als Träger der Erbinformation noch nicht bewiesen
•     fast nur Pflanzen-/Tierzüchter  haben sich bis dann mit der Genetik befasst

• Für den Experiment hat Mendel:
•     Organismus: Leicht zu züchten, künstlich kreuzbar
•     Experimente genau geplant, Resultate akribisch notiert
•    Gut definierte, reinerbige Linien für die Experimente eingesetzt (->Modellorganismus)
•     Für die Kreuzungen klar unterscheidbare Merkmale mit zwei Phänotypen entweder/oder ausgewählt)
•    Sich auf mono-/dihybride Erbgänge beschränkt
•    Die Experimente sehr oft wiederholt und viele Resultate gesammelt
•    Für die Auswertung der Resultate quantitativ statistische Methode genutzt

• Ein Merkmal wird untersucht:
• • Bei Kreuzung von reinerbigen Eltern ist die F1 uniform
• • Bei zwei Allelen -> eines dominant, eines rezessiv
• • Reziprozität: gleiche Ergebnisse bei Umkehrung des Geschlechts
• • Spaltungsregel: wenn F1 unter sich verpaart wird: ¾ dominant, ¼ rezessiv (-> rezessiver Phänotyp
• kommt wieder zum Tragen
• • F2 Verhältnis immer ca. 3:1
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• Nicht die Merkmale werden an Nachkommen weitergegeben, sondern Einheitsfaktoren. (ALLELE)
• Individuen tragen von jedem Merkmal zwei (paarweise)   Einheitsfaktoren in sich.
• Für die Parentalgeneration: (rund/rund) oder (runzelig/runzelig).
•   Diese Einheitsfaktoren bestimmen die Ausprägung von Merkmalen.
•   Die Nachkommen (F1) haben auch je zwei Einheitsfaktoren, aber in einer anderen Kombination:(rund/runzelig).
•   Die in den Hybriden sichtbare Form des Einheitsfaktors wird als dominant bezeichnet, die in den Hybriden unsichtbare Form als rezessiv.
• -> Aufteilung der Einheitsfaktoren erfolgt bei der Bildung der Keimzellen
• ->Segregation (Aufteilung) der Einheitsfaktoren in die haploiden Keimzellen nach dem Zufallsprinzip -> Diploide Zygote entwickelt sich durch viele Zellteilungen zu einem diploiden Organismus

• R = dominantes Allel des Gens, das die Form der Erbse bestimmt. Wirkung des dominanten Allels schon im heterozygoten Genotyp sichtbar.
• r = rezessives Allel des gleichen Genes. Wirkung des rezessiven Allels kommt nur im homozygoten Genotyp sichtbar.

• Definition mit dem Wissen von Mendel:
•  Kleinste Funktionseinheit im Erbgut, die durch eine definierte DNA-Sequenz definiert wird und an einem bestimmten Ort auf einem Chromosom lokalisiert ist – und, die die Ausprägung eines Merkmals (Phänotyp) direkt oder indirekt beeinflusst.

• Heutige Definition: kleinste Funktionseinheit im Erbgut DNA-Abschnitt, der die Information für die Synthese einer bestimmten Polypeptidkette enthält oder DNA-Abschnitt, der für eine funktionelle RNA kodiert.
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• Allele sind Varianten (Zustandsformen) eines Gens, die zu unterschiedlichen Ausprägungen desselben Merkmals führen können. Allele sind die Folgen von Mutationsereignissen.
• Homozygot dominanter Genotyp RR
• heterozygoter Genotyp Rr
• homozygot rezessiver Genotyp rr
• Es werden normalerweise immer alle Allele abgelesen! Es gibt aber Ausnahmen (Epigenetik!)
• Dominant heisst also nicht, dass nur das dominante Allel abgelesen wird!
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• Reziproke Kreuzungen reinerbiger Linien ergeben stets uniforme Nachkommen (in der F1 kommt nur eine der beiden alternativen Merkmalsformen zum Ausdruck). -> Ausnahme: Regel gilt nicht für Merkmale, deren Gene auf den Geschlechtschromosomen liegen!
• Mendel betrachtete diese Einheitsfaktoren als Grundeinheiten der Vererbung, die unverändert von Generation zu Generation übertragen werden und die Ausprägung des Merkmals bestimmen.

Kreuzungen der Nachkommen (F1) zweier reinerbiger Elternlinien untereinander (inter se) führen zur Aufspaltung der Phänotypen nach bestimmten Zahlenverhältnissen in deren Nachkommengeneration (F2- Generation).

• monohybride Kreuzung:
•    Genotypen 1:2:1
•    Phänotypen 3:1