Het menselijk genoom 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Essentieel hierbij is dat de dochtercellen de genetische informatie van de oudercellen meekrijgen. Die informatie zit in het genoom, de totale verzameling aan chromosomen. Elk chromosoom bestaat uit twee dochterchromatiden. Dit zijn twee identieke kopies van eenzelfde DNA-molecule. Aanvankelijk zitten ze nog aan elkaar vast, maar straks zullen deze kopies uit elkaar getrokken worden. 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 X Y

chromosoom 7 IFNB2 (type interferon) q-arm PSP (fosfoserinefosfatase) EGFR (receptor voor epidermale groeifactor) centromeer EPO (erythropoietine, hormoon voor productie rode bloedcellen) p-arm TCRB (b-keten van antigen- receptor op T-cellen)

zusterchromatiden

eicel + zaadcel zygote MITOTISCHE CELCYCLI MEIOTSCHE DELING somatische cellen gameten

MITOTISCHE CELCYCLUS

G1-fase inter- fase S-fase cytokinese M-fase mitose G2-fase De celcyclus bestaat uit twee grote fasen : de M-fase (mitotische fase) en de interfase. De M-fase bestaat uit de eigenlijke mitose (deling kern) plus de cytokinese (deling van het cytoplasma). Tijdens de interfase groeit de cel en verdubbelt ze haar chromosomen in voorbereiding van de deling. De interfase bestaat uit een G1- en een G2-fase (enkel groei) en een S-fase (verdubbeling DNA).

G2-interfase chromatine (verdubbeld) centrosomen kern membraan plasma- Het spoellichaampje speelt een cruciale rol tijdens de kerndeling. Het bestaat uit microtubuli en bijhorende eiwitten en wordt aangemaakt met materiaal uit het cytoskelet. Naarmate het groeit wordt meer tubuline (een eiwit) ingevoegd. Tijdens de interfase (met name de S-fase) verdubbelen de chromosomen. kern membraan plasma- membraan nucleolus

Profase spoellichaam centromeer -condensering van het chromatine, de chromosomen worden zichtbaar. -verdwijnen van de nucleoli -in het cytoplasma groeit het spoellichaampje. chromosoom, bestaande uit 2 zusterchromatiden

Prometafase microtubuli zonder kinetochoor fragmenten kernmembraan -kernmembraan verbrokkelt -spoellichaampje met zijn microtubuli dringt door de kernmembraan -microtubuli hechten aan de kinetochoren pool spoellichaampje microtubulus met kinetochoor

Metafase metafase plaat spoellichaampje Metafase : -de centrosomen liggen aan tegenovergestelde zijden van de cel -de chromosomen liggen netjes geallinieerd in een denkbeeldig vlak (de metafaseplaat) -de zusterchromatiden liggen elk aan een andere kant van de metafaseplaat spoellichaampje

Anafase dochterchromosomen Anafase -uiteenwijken van de zusterchromatiden -naarmate de microtubuli verkorten, bewegen de zusters zich verder uit elkaar dochterchromosomen

Telofase & cytokinese insnoering nucleolus kernmembraan -er zijn nu twee sets chromosomen -er ontstaan nieuwe kernmembranen uit de brokken van de oude, aangevuld met cytoplasmamembranen -de chromosomen verliezen hun geplooide structuur kernmembraan

MEIOTISCHE CELCYCLUS

centrosomen Interfase I kernmembraan chromatine

chiasmata spoellichaam Profase I zusterchromatiden tetrade

Metafase I microtubulus metafaseplaat centromeer met kinetochoor

zusterchromatiden blijven Anafase I homologe chromosomen segregeren

insnoering Telofase I & cytokinese

Profase II Metafase II zusterchromatiden scheiden Anafase II

Telofase II & cytokinese

Hoofdstuk 1. Genetica 2. Evolutiebiologie

Gregor Mendel (1822-1884) ‘Verhandlungen des naturforschenden Vereines in Brünn’ In 1865 publiceert Gregor Mendel, een Augustijner monnik uit Brno (toen het Oostenrijks-Hongaars rijk, nu Tsjechië) in een obscuur tijdschrift een paper getiteld ‘Versuche über Pflanzen-hybriden’, waarin hij de resultaten van meer dan 10 jaar werk met erwten beschrijft. Johan Mendel (Gregor is zijn abdijnaam) werd uit een boerenfamilie geboren. Hij trad toe tot het klooster omdat dit zijn enige kans op een goede opvoeding was. R.A. Fisher startte een voortdurend debat over de integriteit van Mendel, door aan te tonen dat zijn resultaten te goed waren om waar te zijn. Fraude is nu moeilijk te bewijzen omdat Mendels ruwe gegevens nooit gepubliceerd werden. Verdacht is ook dat de zeven kenmerken die Mendel bestudeerde op zeven verschillende chromosomen, waardoor ze onafhankelijk segregeerden. Die kans is slechts 1/163. Mendel zélf zag wellicht nooit het echte belang van zijn resultaten in. Zijn doel was geweest nieuwe soorten te maken door hybridisatie, en dat was mislukt.

Erick von Tschermak (1871-1962) Drie Europese biologen (Hugo de Vries in Nederland, Carl Correns in Duitsland en Erick von Tschermak in Oostenrijk) hebben in 1900 geclaimed dat ze onafhankelijk en tegelijkertijd de ratio’s van Mendel herontdekt hebben. Die onafhankelijkheid is wellicht een mythe, een manier om een vervelend dispuut over originaliteit te vermijden. Hugo de Vries (1848-1935) Carl Correns (1864-1933) Erick von Tschermak (1871-1962)

artificiële kruisbestuiving P = zuivere lijnen zelfbestuiving artificiële kruisbestuiving P = zuivere lijnen overdracht pollen groei peul opgroei plant verwijderen meeldraden volwassen planten kenmerken met discontinue variatie monohybride kruisingen

dominant recessief P F1 F2 705 3 224 1

voor elk kenmerk heeft een organisme twee allelen, elk afkomstig van één ouder homozygoot heterozygoot

voor elk kenmerk heeft een organisme twee allelen, elk afkomstig van één ouder als de twee allelen verschillen, komt slechts één tot uiting genotype=PP P F1 genotype=Pp

Pp of PP ?  testkruising Pp x pp  Pp én pp PP x pp  Pp

voor elk kenmerk heeft een organisme twee genen, elk afkomstig van één ouder als de twee allelen verschillen, komt slechts één tot uiting de twee allelen voor elk karakter scheiden bij de gameetvorming anafase I van de meiose

pp PP Pp Pp P p P p pp Pp PP 3 1

dihybride kruising P YYRR yyrr gameten : YR yr F1 YyRr eicellen : zaadcellen : YR Yr yR yr

zaadcellen YR Yr yR yr eicellen YR Yr yR yr YYRR YYRr YyRR YyRr Yyrr 1 2 3 4 5 6 7 8 9 YYRr YyRR YyRr Yyrr 1 2 3 yyRR 1 2 3 yyrr (315) (108) (111) (32) 1

zaadcellen YR Yr yR yr eicellen 12 YR Yr yR yr 4 glad 12 gerimpeld 4

De overerving van één kenmerk gebeurt 2de Wet van Mendel : De overerving van één kenmerk gebeurt onafhankelijk van de overerving van een ander kenmerk (onafhankelijke segregatie) anafase 1 van de meiose

Mendeliaanse genetica bij de mens : stamboomanalyse vaste oorlel losse oorlel recessief dominant

Ff FF ff

geen Widow’s peak Widow’s peak recessief dominant Een puntvormige frontale haarlijn zou autosomaal dominant overerven. Het werd omschreven als onderdeel van een syndroom bestaande uit verschillende faciale en skeletale anomalieën. Widow’s peak is bijvoorbeeld geassocieerd met weerkerende dislokatie van de knieschijf, en een onvermogen om de ipsilaterale schouder te raken met de hand. geen Widow’s peak Widow’s peak recessief dominant

Ww WW ww Widow’s peak (dominant) Geen widow’s peak (recessief)

Widow’s peak (dominant) Geen widow’s peak (recessief)

Mendeliaanse genetica bij de mens : recessief dominant tong-gymnastiek niet-kunnen kunnen oor-gymnastiek niet-kunnen kunnen tweede teen > eerste neen ja Het kunnen oprollen van de tong zou dominant zijn t.o.v. het niet kunnen. In mannen zou het kunnen rollen gecorreleerd zijn met het kunnen bewegen van de oren. De mogelijkheid om de oren te bewegen zou een autosomaal dominant kenmerk zijn. De relatieve lengte van de grote en de tweede teen zou Mendeliaans overerven, met dominantie voor grotere tweede tenen.

Mendeliaanse genetica bij de mens albinisme Albinisme verwijst naar een groep van erfelijke condities waarbij de getroffen personen geen of weinig melanine aanmaken. Albinisme komt voor in alle ethnische groepen. Naast een zeer bleke huid en witte haarkleur hebben albino personen vaak ook ernstige afwijkingen aan de ogen. Die ontstaan omdat tijdens de ontwikkeling melanine noodzakelijk is voor de vorming van de retina en de verbinding van het oog met de hersenen via zenuwen. In gematigde streken hebben albino personen dezelfde levensverwachting als ‘normale’ mensen; in de tropen lopen ze een groter risico op levensbedreigende huidkankers. De albino personen op de foto’s zijn Johnny en Edgar Winter, ook wel de blues brothers genoemd. Zij speelden vooral country en cajun. Andere albino muzikanten zijn Salif Keita (the golden voice of Mali) en Yellowman (Jamaican reggae). Edgar & Johnny Winter

Salif Keita, born in 1949 in Djoliba, is sometimes called the Golden Voice of Africa. He is a direct descendent of Sundiata Keita, the Mandinka warrior king who founded the Malian empire in the 13th century. Born an albino - a sign of bad luck - Keita was shunned and ostracized by his family and community alike. His poor eyesight also contributed to his personal sense of alienation. In 1967 he moved to Bamako where he began playing in nightclubs with one of his brothers. Two years later he joined the 16 member, government sponsored Rail Band that played at the Bamako railway station's Buffet Hotel de la Gare - a very choice gig at the time. In 1973 he left the Rail Band along with Kante Manfila (guitarist, composer, and leader of the band) to join Les Ambassadeurs. Golden voice of Mali

Silas

Mendeliaanse genetica bij de mens mucoviscidose (cystic fibrosis) 1/2500 blanken is homozygoot 1/25 is drager van het allel gen codeert voor transporteiwit (Cl--pomp) abnormaal hoge concentratie aan Cl- veroorzaakt mucusopstapeling in pancreas, longen, MD-kanaal verhoogde kans op bacteriële infectie afgebroken afweercellen dikken mucus aan

Mendeliaanse genetica bij de mens mucoviscidose (cystic fibrosis)

Mendeliaanse genetica bij de mens achondroplasie (dwerggroei) 1/10 000 heterozygoot dominant autosomaal Achondroplasie is een erfbare ontregeling van de groei van de beenderen, en de meest voorkomende vorm van dwerggroei. De getroffen personen hebben een normaal of iets te groot hoofd, verkorte armen en benen (vooral het bovenstuk is korter), een romp van normale grootte en een waggelende gang. Achondroplasie wordt autosomaal dominant overgeërfd. Dat betekent dat een kind van een dwerg 50% kans heeft om ook dwerg te zijn. Als beide ouders dwergen zijn, groeit die kans tot 75%. Bijna 80% van de gevallen zijn echter een gevolg van spontane mutaties.

Mendeliaanse genetica bij de mens ziekte van Huntington (Huntingtons chorea) aftakeling van het zenuwstelsel manifesteert zich tussen 35 en 45 jaar kind van een drager heeft 50% kans op de ziekte gen situeert zich op chromosoom 4 Aa x aa  Aa en aa De ziekte van Huntington is een erfelijke vorm van hersenatrofie. De ziekte manifesteert zich niet voor de patiënt 35-40 jaar oud is. De symptonen omvatten snelle, ongecontroleerde bewegingen, vooral in het gezicht, maar ook van de tong, de nek, de schouders, de armen en benen. Vandaar dat de ziekte ook Huntington’s chorea genoemd wordt (chorea is een grieks woord dat ‘dans’ betekent). De ziekte is onomkeerbaar. Door de hoge mobiliteit verbruikt de patiënt veel energie, maar eten is moeilijk door de gestoorde motoriek. Uiteindelijk sterft de patiënt door verzwakking, vaak na een bronchitis of longontsteking. Het verantwoordelijke gen is nu gelokaliseerd op chromosoom 4, en men kan nu dus via DNA-testen te weten komen of een jong persoon de ziekte zal ontwikkelen.

Mendeliaanse genetica bij de mens ‘essential’ tremor autosomaal, dominant ETM1 (chr 3), ETM2 (chr2) ‘Essential’ of ‘idiopatische’ tremor is een veel voorkomende afwijking. Het wordt meestal overgeërfd als een autosomaal dominant kenmerk, d.w.z. dat kinderen van een getroffen persoon 50% kans hebben om de tremor te ontwikkelen. De tremor kan allerlei lichaamsonderdelen treffen, maar vooral de handen en het hoofd. Er zijn reeds twee genen ontdekt die het syndroom beïnvloeden.

Mendeliaanse genetica bij de mens Parkinson >50 jaar tremor spierstijfheid evenwichtstoornissen chromosoom 4 synthese a synucleïne De ziekte van Parkinson is genoemd naar James Parkinson. Het is een ziekte die het zenuwstelsel aantast en zich manifesteert onder de vorm van een tremor, spierstijfheid en moeilijkheden met de gang en het evenwicht. Ze komt meestal slechts tot uiting bij leeftijden > 50jaar. Tot voor kort dacht men dat PZ niet erfelijk was, maar nu is een gen op chromosoom 4 gevonden dat een eiwit (alfa-synucleïne) produceert. Onderdelen van dat eiwit maken deel uit van de plaques die zich bij PZ patiënten ontwikkelen in de hersenen. Dezelfde onderdelen spelen een rol bij Alzheimer, en deze ziekten lijken dus verwant. Muhammed Ali Michael J. Fox

Mendeliaanse genetica bij de mens Alzheimer ff > mm vergeetachtigheid verlies vermogen tot herkennen personen chr 1, 14, 19, 21 Alzheimer is de vierde belangrijkste doodsoorzaak bij volwassenen. Het is tweemaal zo frequent bij vrouwen dan bij mannen. Patiënten kunnen steeds moeilijker feiten en gebeurtenissen herinneren, en herkennen op de duur zelfs vrienden en familie niet meer. Mutaties in minstens 4 verschillende genen kunnen een rol spelen. Ronald Reagan

Mendeliaanse genetica bij de mens Cockayne syndroom overgevoelig voor zonlicht (UV) geringe gestalte voortijdige veroudering chr 5 Edward Alfred Cockayne was een Londense dokter die deze erfelijke ziekte beschreef. Het syndroom is zeldzaam. Symptomen zijn een overgevoeligheid voor zonlicht, een geringe gestalte, en een vroegtijdige veroudering. Na blootstelling aan UV-licht kunnen de patiënten een bepaalde vorm van DNA-reparatie niet langer uitvoeren.

Mendeliaanse genetica bij de mens Obesitas is een overmaat aan lichaamsvet. Mogelijke gevolgen zijn o.a. hartziekten, diabetes, hoge bloeddruk, sommige vormen van kanker. Naast omgevingsfactoren speelt ook de genetische constitutie een rol. Een mogelijke actor is het Ob-gen op chromosoom 7, verantwoordelijk voor de productie van leptine. Leptine werkt waarschijnlijk als een ‘lipostaat’ : als de hoeveelheid vet in de vetcellen stijgt, wordt leptine in het bloed gepompt. Het leptine meldt de hersenen dat er genoeg gegeten werd. Bij mensen met overgewicht zijn de leptine-spiegels echter meestal hoog, wat erop wijst dat er nog andere moleculen het hongergevoel (of verzadigingsgevoel) moeten beïnvloeden. Obesitas mm: >25% vet; ff: >30%vet Ob-gen (chr 7) leptine ?

Mendeliaanse genetica bij de mens Williams syndroom elfachtige gelaatstrekken hart- en bloedvaten hyperacusis laag IQ taalgevoel, muzikaal chr 7 Symptomen van het Williams-syndroom omvatten een ‘elfachtig’ uiterlijk van het gezicht, problemen met hart- en bloedvaten, opvliegendheid, problemen met de tanden en nieren, hyperacusis (gevoelig gehoor) en musculoskeletale problemen. Hoewel individuen met het syndroom vaak zeer bedreven zijn in sommige gebieden (taal, muziek, interpersoonlijke relaties), is hun IQ gewoonlijk laag. Het is terug te brengen tot een deletie op chromosoom 7, waarbij zowel een gen coderend voor elastine als een gen coderend voor LIM kinase verdwijnt. Elastine is een onderdeel van bindweefsel. LIM Kinase is actief in de hersenen. De opvallende musicale en verbale capaciteiten van individuen met het syndroom, en hun neiging om sociaal te zijn, heeft geleid tot de suggestie dat kinderen met het syndroom model hebben gestaan voor elfjes.

Mendeliaanse genetica bij de mens Werner syndroom Bij het Werner syndroom start het verouderingsproces sneller dan normaal, en patiënten van 30-40 jaar oud zien er reeds bejaard uit. De foto's tonen een Amerikaanse van Japanese afkomst als teenager en op een leeftijd van 48 jaar versnelde veroudering vanaf adolescentie autosomaal recessief chr 8

Mendeliaanse genetica bij de mens : genetische adviescentra screening ouders (homo/heterozygoot) Vruchtwaterpunctie gebeurt wanneer de fœtus tussen 14 en 20 weken oud is, en ongeveer 15 cm groot. Een naald wordt door het abdomen van de moeder tot in de baarmoeder gebracht. Daarbij wordt de fœtus ontweken. 10 ml (twee theelepeltjes) vruchtwater wordt opgezogen en gecentrifugeerd. Op het supernatans (vruchtwater) kunnen direct een aantal biochemische tests uitgevoerd worden. Bij sommige afwijkingen worden producten in het vruchtwater geloosd die kunnen gedetecteerd worden (vb. Tay-Sachs). Uit het onderste van de proefbuis worden fœtale cellen gehaald en in cultuur gebracht. Na enkele weken zijn er genoeg cellen om de chromosomen zichtbaar te maken (karyotypering). Hierop kunnen afwijkingen als Down’s syndroom vastgesteld worden. Er kunnen eventueel ook DNA-testen volgen. Bij de vlokkentest steekt de gynecoloog een lange, flexibele tube via de vagina en baarmoederhals in de baarmoeder en zuigt wat placentaweefsel op. De placenta is het orgaan dat zorgt voor het transport van voeding en afvalproducten tussen moeder en kind. Het is een snel groeiend orgaan en bevat dus altijd wel cellen in mitose, waarop karyotypering kan gebeuren. De vlokkentest geeft sneller resultaat en kan vroeger in de zwangerschap uitgevoerd worden (10-12 weken). Risico op complicaties is ongeveer 1% bij punctie en 2% bij de vlokkentest.

Mendeliaanse genetica bij de mens : genetische adviescentra screening ouders (homo/heterozygoot) screening foetussen vruchtwaterpunctie (14-20 wkn) Vruchtwaterpunctie gebeurt wanneer de fœtus tussen 14 en 20 weken oud is, en ongeveer 15 cm groot. Een naald wordt door het abdomen van de moeder tot in de baarmoeder gebracht. Daarbij wordt de fœtus ontweken. 10 ml (twee theelepeltjes) vruchtwater wordt opgezogen en gecentrifugeerd. Op het supernatans (vruchtwater) kunnen direct een aantal biochemische tests uitgevoerd worden. Bij sommige afwijkingen worden producten in het vruchtwater geloosd die kunnen gedetecteerd worden (vb. Tay-Sachs). Uit het onderste van de proefbuis worden fœtale cellen gehaald en in cultuur gebracht. Na enkele weken zijn er genoeg cellen om de chromosomen zichtbaar te maken (karyotypering). Hierop kunnen afwijkingen als Down’s syndroom vastgesteld worden. Er kunnen eventueel ook DNA-testen volgen. Bij de vlokkentest steekt de gynecoloog een lange, flexibele tube via de vagina en baarmoederhals in de baarmoeder en zuigt wat placentaweefsel op. De placenta is het orgaan dat zorgt voor het transport van voeding en afvalproducten tussen moeder en kind. Het is een snel groeiend orgaan en bevat dus altijd wel cellen in mitose, waarop karyotypering kan gebeuren. De vlokkentest geeft sneller resultaat en kan vroeger in de zwangerschap uitgevoerd worden (10-12 weken). Risico op complicaties is ongeveer 1% bij punctie en 2% bij de vlokkentest.

vruchtwaterpunctie (amniocentesis) : 14-20 wkn

Mendeliaanse genetica bij de mens : genetische adviescentra screening ouders (homo/heterozygoot) screening foetussen vruchtwaterpunctie vlokkentest (10-12 weken) (14-20 wkn)

vlokkentest : 10-12 weken

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 2.1. Onvolledige dominantie

volledige dominantie (Mendel)

partiële dominantie

partiële dominantie DD dd Dd Bij partiële dominantie (incomplete dominance) hebben de F1-hybriden een fenotype dat intermediair is tussen dat van beide ouders. Het is géén ondersteuning van de ‘meng-hypothese’, want in de F2-generatie duiken de ouderlijke fenotypes opnieuw op. Dd

N-acetyl-D-galactosamine (antigen A) codominantie IA IB i N-acetyl-D-galactosamine (antigen A) a-D-galactose (antigen B) Bij co-dominantie worden de fenotypen van beide ouders tot uiting gebracht in de heterozygoten. De ABO bloedgroepen refereren naar de koolhydraten aanwezig aan de oppervlakte van rode bloedcellen. Iemands rode bloedcellen kunnen omgeven zijn met een mantel van substantie A, B, beiden of geen. IAIA, IAI0 : alleen N-acetyl-D-galactosamine IBIB, IBI0 : alleen a-D-galactose IAIB : beide glycoproteïnen I0I0 : geen van beide

codominantie Bij co-dominantie worden de fenotypen van beide ouders tot uiting gebracht in de heterozygoten. De ABO bloedgroepen refereren naar de koolhydraten aanwezig aan de oppervlakte van rode bloedcellen. Iemands rode bloedcellen kunnen omgeven zijn met een mantel van substantie A, B, beiden of geen.

frequentie van de ABO bloedgroepen in België

Children with Tay-Sachs, a progressive neurodegenerative disease that attacks nerve cells, usually die before age 5. More gradual and less severe forms can also affect young children, teens, and people in their 20s and 30s. The most severe form of Tay-Sachs disease begins to affect babies when they are only a few months old. Initially, their development is delayed. They begin to lose vision and react abnormally when startled. Paralysis gradually sets in. They may go deaf, have seizures, and, ultimately, become unable to swallow or breathe. In a healthy neuron, top, lysosomes act as the waste processing center of the cell. In Tay-Sachs disease, genetic deficiencies hobble lysosome enzymes that break down fatty cell products, also known as gangliosides, which build up and destroy the cell. recessief op individueel niveau, co-dominant op biochemisch niveau.

dominantie is zelden zo eenvoudig als bij Mendels erwten dominantie is geen gevolg van een directe interactie de dominantie van een allel zegt niets over zijn frequentie in de populatie polydactylie 1/400 Aa 399/400 aa

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 2.1. Onvolledige dominantie 2.2. Multipele allelen

Multipele allelen bij de ABO-bloedgroep IA codeert voor koolhydraat A IB codeert voor koolhydraat B i codeert geen koolhydraat IA en IB co-dominant, dominant over i

A IAIA of IAi Anti-B nee nee ja ja B IBIB of IBi Anti-A nee ja nee ja "ontvanger" "donor" fenotype antilichamen in serum klontering wanneer in contact met serum van O A B AB O ii Anti-A Anti-B nee ja ja ja A IAIA of IAi Anti-B nee nee ja ja B IBIB of IBi Anti-A nee ja nee ja AB IAIB geen nee nee nee nee genotype Wanneer de rode bloedcellen van een donor koolhydraten bevatten die ‘vreemd’ zijn voor de recipiënt, dan produceert de recipiënt antilichamen (dit zijn eiwitten die zeer specifiek binden op vreemde stoffen om ze onschadelijk te maken). Er ontstaan dan klonters. Bloed van personen met bloedgroep O bevat geen van de twee koolhydraten, veroorzaakt dus geen productie van antilichamen. O is dus een universele donor. Mensen met bloedgroep AB ‘kennen’ beide koolhydraten en kunnen dus van eender wie bloed krijgen.

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 2.1. Onvolledige dominantie 2.2. Multipele allelen 2.3. Pleiotropie fenotypisch kenmerk A gen fenotypisch kenmerk B

Pleiotropie : sikkelcelanemie homozygoot voor sikkelcel-allel sikkelcel-hemoglobine Hb kristalliseert bij lage O2 bloedcellen worden sikkelvormig afbraak rode bloedcellen klontering, verstoppingen opstapeling rbc in milt hart problemen pijn, koorts hersen- schade schade organen schade milt zwakte anemie verminderde mentale capaciteit nier- problemen verlammingen infecties rheuma

Pleiotropie : siamese katten

Pleiotropie : siamese katten

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 2.1. Onvolledige dominantie 2.2. Multipele allelen 2.3. Pleiotropie 2.4. Epistasis

Epistasis : vacht muizen b : pigment Bb of BB bb g : afzetting Cc of CC : afzetting cc : geen afzetting

Epistasis : vacht muizen BBCC, BBCc, BBcC, BbCC, BbCc, BbcC, bBCC, bBCc, bBCc. bbCC, bbCc, bbcC BBcc, Bbcc, bBcc, bbcc 9 3 4 BbCc BbCc

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 2.1. Onvolledige dominantie 2.2. Multipele allelen 2.3. Pleiotropie 2.4. Epistasis 2.5. Geslachtsgebonden genen

Geslachtsgebonden genen : Morgans fruitvliegen P F1 alle ff, 1/2mm 1/2 mm F2

Geslachtsgebonden genen : Morgans fruitvliegen P WW w. F1 Ww en W. alle ff, 1/2mm 1/2 mm F2 w. WW, Ww, W.

Geslachtsgebonden genen : rood-groen blindheid

ouders nakomelingen vader moeder zonen dochters XY X X X Y of XY X Geslachtsgebonden genen : rood-groen blindheid ouders nakomelingen vader moeder zonen dochters XY X X X Y of XY X X of XX c c c XY X X X Y X X c c c c X Y XX XY X X c c X Y X X XY of X Y X X of X X c c c c c c X Y X X X Y X X c c c c c c

Geslachtsgebonden genen : hemofilie

Victoria Albert Victoria Edward VII Alice Alfred Helena Louise Arthur 1819-1901 Albert 1819-1861 Victoria 1840-1901 Edward VII 1841-1910 Alice 1843-1878 Alfred 1844-1900 Helena 1846-1900 Louise 1848-1939 Arthur 1850-1942 Leopold 1853-1884 Beatrice 1857-1944 George V 1865-1936 George VI 1895-1952 Ludwig van Hesse Hemofilie is een geslachtsgebonden recessief kenmerk met een lange, goed gedocumenteerde geschiedenis. Hemofilie-patiënten bloeden hevig bij verwonding omdat een gen betrokken bij de bloedstolling gemuteerd is. De Europese koningshuizen werden geplaagd door een hoge incidentie van hemofilie. De eerste getroffene was een zoon van Koningin Victoria. Leopold, duke of Albany, stierf tengevolge van een gebarsten bloedvat in zijn hoofd. Waarschijnlijk ontstond het foute allel door mutatie van een eicel van de moeder van Victoria, of van een spermacel van haar vader. Daardoor werd Victoria draagster. De huidige koninklijke lijn in Engeland stamt af van Edward II, die het allel niet droeg. Princes Alice, het derde kind van Victoria, was draagster van het mutante allel. Zij trouwde Prins Ludwig van Hesse en introduceerde zo het allel in het Pruisische koningshuis. Eén van haar dochters, Alice van Hesse, trouwde tsaar Nicholas II en werd Tsarina Alexandra Feodorovna. Zij gaf het allel door aan Alexis, haar lang verwachte zoon. De ‘tsarevich’ ontwikkelde helaas hemofilie. Elizabeth II 1926- Alexandra 1872-1918 Nicholas II 1868-1918 Alexis 1904-1918

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 2.1. Onvolledige dominantie 2.2. Multipele allelen 2.3. Pleiotropie 2.4. Epistasis 2.5. Geslachtsgebonden genen 2.6. Inactivatie van X-chromosomen

Inactivatie van een X-chromosoom bij zoogdieren Barr-lichaam XX X X X X zygote X X jong embryo

Inactivatie van een X-chromosoom bij lapjeskat

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 2.1. Onvolledige dominantie 2.2. Multipele allelen 2.3. Pleiotropie 2.4. Epistasis 2.5. Geslachtsgebonden genen 2.6. Inactivatie van X-chromosomen 2.7. Gekoppelde genen

Gekoppelde genen : Morgan fruitvliegen revisited b+b v+v bb vv F b+b v+v bb vv b+b vv bb v+v verwacht 575 gevonden 965 944 206 185 parentale fenotypen recombinante

Gekoppelde genen b b+ v v+

Gekoppelde genen : genenkaarten 17% c b a 10% 7% recombinatiefrequentie

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 2.1. Onvolledige dominantie 2.2. Multipele allelen 2.3. Pleiotropie 2.4. Epistasis 2.5. Geslachtsgebonden genen 2.6. Inactivatie van X-chromosomen 2.7. Gekoppelde genen 2.8. Genetische imprinting

Genetische imprinting : Prader-Willi / Angelman deletie op chromosoom 15 chromosoom < moeder chromosoom < vader Angelman ongecontroleerde lachbuien jerky mentale en motorische stoornissen

Genetische imprinting : Prader-Willi / Angelman deletie op chromosoom 15 chromosoom < moeder chromosoom < vader Prader-Willi mentale retardatie zwaarlijvigheid klein kleine handen en voeten

Genetische imprinting : fragile X syndroom X-chromosoom gebroken 1/2000 mm, 1/1000 ff mentale retardatie overmaatse oren, testes erger wanneer abnormale chromosoom < moeder

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 2.1. Onvolledige dominantie 2.2. Multipele allelen 2.3. Pleiotropie 2.4. Epistasis 2.5. Geslachtsgebonden genen 2.6. Inactivatie van X-chromosomen 2.7. Gekoppelde genen 2.8. Genetische imprinting 2.9. Overerving van extranucleaire genen

Overerving van extranucleaire genen

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 3. Kwantitatieve genetica

Centrale limietstelling : “de som van een groot aantal onafhankelijke, willekeurige kwantiteiten leidt tot een normaal- verdeling” Gauss-curve klok-curve normaalcurve frequentie afmeting

frequentie gemiddelde = S X n X gemiddelde m, X

standaarddeviatie (s) variantie (s2) frequentie standaarddeviatie (s) variantie (s2) 68% m-s m+s m-2s m+2s 95% m

frequentie s2 > s2

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 3. Kwantitatieve genetica 3.1. Polygenische beïnvloeding

2 min 1 min a A a b B b g C c d D d

8

9

10

11

12

13

14

15

16

frequentie Duur paring 0.30 AaBbCcDd AABBccdd …. 0.25 AaBbCcdd 0.20 0.15 AaBbccdd aaBBccdd …. AABBCCdd AABbCCDd …. 0.10 Aabbccdd AABBCCDd 0.05 aaBbccdd AaBBCCDD … aabbccdd AABBCCDD 0.00 8 10 12 14 16 Duur paring

dominantie-effecten epistasis-effecten

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 3. Kwantitatieve genetica 3.1. Polygenische beïnvloeding 3.2. Genen én omgeving

temperatuur 16 25 aantal facetten Wild Drosophila infra-bar ultra-bar

reactienorm = range van fenotypen die kan ontstaan uit één genotype, in verschillende omgevingen

fenotypische variatie genetische variatie omgevings- variatie

additieve genetische variatie dominantie variatie epistasis variatie

heritabiliteit 0 < h² < 1

heritabiliteit in de nauwe zin

kenmerk h² levensverwachting 0.29 lichaamslengte 0.85 gewicht 0.63 maximale polsslag 0.84 verbaliteit 0.63 geheugen 0.47 masculiniteitsindex 0.12 temperamentsindex 0.58

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 3. Kwantitatieve genetica 4. Opsporen van genetische variatie 4.1. Common garden experimenten

Agelenopsis aperta Ann Hedrick & Susan Riechert Latentietijd (s) Generatie P F1 F2 Latentietijd (s) 20 40 60 rivieroever grasland Agelenopsis aperta

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 3. Kwantitatieve genetica 4. Opsporen van genetische variatie 4.1. Common garden experimenten 4.2. Kruisingsexperimenten

zwartkop Peter Berthold & Ullrich Querner Aantal 1/2 uren trekonrust Tijd (dagen) 20 40 60 80 100 120 140 160 Aantal 1/2 uren trekonrust 2 4 6 8 10 zuid-Duitsland zwartkop hybriden Canarische eilanden

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 3. Kwantitatieve genetica 4. Opsporen van genetische variatie 4.1. Common garden experimenten 4.2. Kruisingsexperimenten 4.3. Studie van mutanten

‘stuck’ ‘coïtus interruptus’ ‘bang-sensitive’ ‘dunce’ ‘don giovanni’ ‘amnesiac’

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 3. Kwantitatieve genetica 4. Opsporen van genetische variatie 4.1. Common garden experimenten 4.2. Kruisingsexperimenten 4.3. Studie van mutanten 4.4. Artificiële selectie

Tryon R.C. 1940

Cade W.H. 1982 Gryllus integer Roeptijd (uren) Generatie 6 5 4 3 2 1 P

Ormia ochracea

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 3. Kwantitatieve genetica 4. Opsporen van genetische variatie 4.1. Common garden experimenten 4.2. Kruisingsexperimenten 4.3. Studie van mutanten 4.4. Artificiële selectie 4.5. Studie van verwante individuen

Grant 1986 galapagosvink 1976 1977 snavelhoogte jong (mm) 11 1976 1977 10 snavelhoogte jong (mm) 9 8 8 9 10 11 Gem. snavelhoogte ouders (mm)

regressie-analyse b regressie- coëfficiënt = h² r

genetische verwantschapsgraad = de proportie allelen die twee individuen gemeen hebben door afkomst vader - zoon : 0.5 ouder - kind : 0.5 grootvader - kleinzoon : 0.25 algemeen : S (0.5)L L=aantal stapjes in stamboom

variantie-analyse gemiddelden distributie per familiegroep distributie van de gemiddelden per familie distributie van alle waarnemingen

2 s b = intra-klas- correlatie coëfficiënt t s 2 p t = h² r

1. Mendeliaanse genetica 2. Voorbij Mendel 3. Kwantitatieve genetica 4. Opsporen van genetische variatie 5. Case study : IQ en erfbaarheid

h2=0.8 “ It [IQ] is inherited, or at least innate, not due to teaching or training; it is intellectual, not emotional or moral, and remains unchanged by industry or zeal.“ Sir Cyril Burt (1883-1971)

Oskar Stohr Jack Yufe

Jim Lewis Jim Springer

L.J. Kamin (1972) 1955: n = 21, r = 0.771 1958: n > 30, r = 0.771 1966: n = 53, r = 0.771 sexen kinderen ? ouderdom bij testen ? test ?

1976 1995

Devlin B., Daniels M., Roeder, K. 1997 The heritability of IQ Nature 388: 468-471 h2 ~ 0.48 h2narrow ~ 0.34

Devlin B., Daniels M., Roeder, K. 1997 The heritability of IQ Nature 388: 468-471 h2 ~ 0.48 h2narrow ~ 0.34

Devlin et al. 1997 # corpred corobs 37 1 0.85 5 1 0.68 42 0.5 0.59 69 ééneiïge tweelingen, samen 37 1 0.85 ééneiïge tweelingen, apart 5 1 0.68 twee-eiïge tweelingen, samen 42 0.5 0.59 broers en zussen, samen 69 0.5 0.44 broers en zussen, apart 69 0.5 0.27 niet-verwante kinderen, samen 5 0.29 ouder - biologisch kind, samen 32 0.5 0.39 ouder - geadopteerd kind 6 0.17

Intelligence, in their formulation, must be depictable as a single number, capable of ranking people in linear order, genetically based, and effectively immutable. If any of these premises are false, their entire argument collapses. For example, if all are true except immutability, then programs for early intervention in education might work to boost IQ permanently, just as a pair of eyeglasses may correct a genetic defect in vision. The central argument of The Bell Curve fails because most of the premises are false