Genetică clasică – legile eredității

Prezintă legile lui Mendel și extensiile lor, incluzând tipuri de încrucișări și calcul genetic.

Noțiunile de bază și legile lui Mendel

Vocabularul geneticii clasice trebuie stăpânit perfect, pentru că fiecare termen e o posibilă definiție de examen:

• gena – segment de ADN care determină un caracter; ocupă pe cromozom o poziție fixă numită locus;
• alelele – variantele aceleiași gene (ex. A și a); dominantă e alela care se manifestă și în stare heterozigotă, recesivă cea care se manifestă doar în stare homozigotă;
• homozigot (AA sau aa) – alele identice; heterozigot (Aa) – alele diferite;
• genotip – totalitatea genelor unui organism; fenotip – totalitatea însușirilor observabile, rezultate din interacțiunea genotipului cu mediul.

Legea I (legea purității gameților): gameții sunt întotdeauna puri din punct de vedere genetic — conțin o singură alelă din fiecare pereche, deoarece alelele se separă (segregă) la formarea gameților. Monohibridarea Aa × Aa dă raportul de segregare fenotipică 3:1 și genotipică 1:2:1.

Legea a II-a (segregarea independentă a perechilor de caractere): în dihibridare, perechile de alele situate pe cromozomi diferiți se transmit independent una de alta. Dublul heterozigot AaBb produce 4 tipuri de gameți (AB, Ab, aB, ab) în proporții egale, iar încrucișarea AaBb × AaBb dă în F2 raportul fenotipic 9:3:3:1 (16 combinații).

Precizare care se punctează: legea a II-a este valabilă doar pentru gene aflate pe cromozomi diferiți; genele situate pe același cromozom se transmit înlănțuit (linkage), iar combinațiile noi apar doar prin crossing-over.

Abateri aparente: dominanța incompletă și codominanța

Nu orice pereche de alele respectă modelul dominant-recesiv strict; abaterile de mai jos sunt „aparente” pentru că legile segregării rămân valabile — se schimbă doar raportul fenotipic.

Dominanța incompletă (semidominanța): heterozigotul are fenotip intermediar între cei doi părinți homozigoți. Exemplul clasic: la barba-împăratului (Mirabilis jalapa), încrucișarea plantelor cu flori roșii (RR) cu plante cu flori albe (rr) dă în F1 flori roz (Rr). În F2, raportul fenotipic devine 1:2:1 (1 roșu : 2 roz : 1 alb) — identic cu cel genotipic, pentru că fiecare genotip are propriul fenotip.

Codominanța: ambele alele se manifestă complet și simultan la heterozigot — nu se amestecă într-un fenotip intermediar. Exemplul obligatoriu: grupele de sânge umane (sistemul ABO), determinate de trei alele: L^A și L^B codominante, ambele dominante față de l:

• grupa A (II) – genotip L^A L^A sau L^A l;
• grupa B (III) – genotip L^B L^B sau L^B l;
• grupa AB (IV) – genotip L^A L^B — aici se vede codominanța: apar ambele antigene;
• grupa 0 (I) – genotip ll, dublu recesiv.

Aplicare tipică: părinți de grupă A (L^A l) și B (L^B l) pot avea copii de TOATE cele patru grupe — grilă care pare paradoxală, dar rezultă direct din schema de încrucișare.

Capcană: la dominanța incompletă heterozigotul e INTERMEDIAR (roz); la codominanță heterozigotul le exprimă pe AMBELE integral (antigen A și antigen B) — nu confunda cele două situații.

Interacțiuni genice și alte extensii

Polialelia (alelismul multiplu): o genă poate avea mai mult de două alele în populație (seria de alele), deși un individ poartă doar două dintre ele. Exemplul standard: sistemul ABO, cu seria L^A, L^B, l.

Interacțiunile nealelice: gene din perechi diferite colaborează la exprimarea aceluiași caracter; raportul 9:3:3:1 se modifică în variante precum 9:7 sau 9:3:4 (epistazia — o genă maschează expresia altei gene, nealele). La examen se cere ideea, nu memorarea tuturor rapoartelor: fenotipul poate depinde de mai multe perechi de gene.

Poligenia: caractere cantitative (înălțimea, culoarea pielii, producția de lapte) sunt determinate de multe gene cu efect mic, cumulativ, plus influența mediului — de aceea variază continuu în populație.

Pleiotropia: situația inversă — o singură genă influențează mai multe caractere (ex. gena anemiei falciforme afectează sângele, splina, rezistența la malarie).

Înlănțuirea genelor (linkage): genele situate pe același cromozom tind să se transmită împreună, încălcând aparent legea a II-a. Ele formează un grup de linkage; numărul grupelor de linkage al unei specii este egal cu numărul de perechi de cromozomi (la om: 23). Înlănțuirea nu e absolută: crossing-over-ul din profaza meiozei I schimbă fragmente între cromozomii omologi și produce gameți recombinați; frecvența recombinării crește cu distanța dintre gene — principiul hărților cromozomiale.

Distincție cerută la grile: polialelie = mai multe ALELE ale aceleiași gene; poligenie = mai multe GENE pentru același caracter; pleiotropie = o genă, mai multe caractere.

Determinismul cromozomial al sexului

Celulele somatice umane au 46 de cromozomi: 22 de perechi de autozomi și o pereche de heterozomi (cromozomi ai sexului).

Tipul Drosophila/mamifere (tipul XY): femela este homogametică (XX) — toate ovulele poartă X; masculul este heterogametic (XY) — jumătate din spermatozoizi poartă X, jumătate Y. Prin urmare, sexul copilului este determinat de tatăl, adică de spermatozoidul fecundant, iar raportul teoretic al sexelor este 1:1. Este tipul valabil la om.

Tipul păsări/fluturi (tipul ZW): situația inversă — masculul e homogametic (ZZ), femela heterogametică (ZW); aici femela determină sexul urmașilor.

Alte variante întâlnite în programă: tipul X0 (la unele insecte, ex. lăcuste — masculul are un singur heterozom) și determinismul haplo-diploid la albine (masculii/trântorii provin din ovule nefecundate, fiind haploizi; femelele din ovule fecundate, diploide).

Cromozomul Y uman este mic și sărac în gene, dar poartă factorul determinant masculin; cromozomul X este mare și conține numeroase gene fără legătură cu sexul (gene pentru vederea cromatică, pentru factorii de coagulare) — de aici decurge întreaga logică a eredității legate de sex din secțiunea următoare.

Greșeală tipică de raționament: mama NU poate influența sexul copilului — ea dă întotdeauna un X; combinația finală depinde exclusiv de heterozomul adus de spermatozoid (X → fată, Y → băiat).

Ereditatea legată de sex

Genele situate pe heterozomi se transmit diferit la cele două sexe — aceasta este ereditatea legată de sex (sex-linkage).

Cele mai importante gene X-linkate recesive la om: daltonismul (incapacitatea de a distinge roșul de verde) și hemofilia (deficit de coagulare a sângelui). Logica transmiterii — punctul unde se fac cele mai multe greșeli:

• Bărbatul are un singur X, deci este hemizigot: o singură alelă recesivă pe X se manifestă obligatoriu (nu există alelă pereche care s-o mascheze). De aceea bolile X-linkate recesive sunt mult mai frecvente la bărbați.
• Femeia face boala doar dacă e homozigotă recesivă (X^a X^a); heterozigota X^A X^a este purtătoare — sănătoasă fenotipic, dar transmite alela la jumătate dintre copii.
• Transmiterea tipică e „în zigzag”: de la bunicul bolnav, prin mama purtătoare, la nepotul bolnav. Tatăl bolnav NU poate transmite boala fiilor săi (le dă cromozomul Y), dar toate fiicele lui vor fi cel puțin purtătoare (primesc X-ul lui).

Schema de calcul standard: mamă purtătoare (X^A X^a) × tată sănătos (X^A Y) → dintre băieți, jumătate bolnavi; dintre fete, jumătate purtătoare, niciuna bolnavă; raportat la toți copiii, 1/4 bolnavi.

Genele de pe cromozomul Y (holandrice) se transmit exclusiv din tată în fiu.

Capcană frecventă: hemofilia și daltonismul nu „sar o generație” printr-o regulă magică — aparenta săritură e doar trecerea alelei prin femeia purtătoare, sănătoasă clinic.

Calculul probabilităților în genetică

Problemele de calcul genetic se rezolvă cu două reguli simple de probabilitate:

• regula produsului: probabilitatea a două evenimente independente simultane = produsul probabilităților (ȘI = înmulțire);
• regula sumei: probabilitatea unui eveniment SAU a altuia, incompatibile între ele = suma probabilităților.

Valori de bază care trebuie știute pe de rost pentru monohibridare Aa × Aa: descendenți 3/4 fenotip dominant, 1/4 recesiv; genotipic 1/4 AA, 2/4 Aa, 1/4 aa. Pentru testcross (Aa × aa): 1/2 dominant, 1/2 recesiv — de altfel, testcross-ul (încrucișarea cu homozigotul recesiv) este metoda prin care afli genotipul unui individ cu fenotip dominant: dacă apar descendenți recesivi, individul testat era heterozigot.

Pentru poli-hibridări, formulele generale la un heterozigot pentru n perechi de gene:

• tipuri de gameți: 2^n;
• combinații în F2: 4^n;
• clase fenotipice în F2 (dominanță completă): 2^n;
• clase genotipice: 3^n.

Exemplu lucrat, tipic UMF: părinți AaBb × Aabb. Probabilitatea unui descendent aabb = P(aa) × P(bb) = 1/4 × 1/2 = 1/8. Fiecare pereche se tratează separat, apoi rezultatele se înmulțesc — niciodată nu construi tabele 16×16 dacă nu e nevoie.

Greșeala frecventă de raționament: „am deja trei băieți, deci al patrulea copil va fi sigur fată”. Fals — fiecare fecundare e un eveniment independent, probabilitatea rămâne 1/2 la fiecare sarcină, indiferent de istoricul anterior.

Test — 6 întrebări ca la examen

Grile de admitere UMF — 5