Polygenetische Merkmale - 4a.

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Polygenetische Merkmale (Multifaktorielle Vererbung)

DIA 29 Polygenetische Merkmale

Die verschiedenen phänotypischen Merkmalen der Menschen sind in der Regel durch mehrere

Gene bestimmt. Die monogenetischen Krankheiten sind nur ein kleiner Anteil (2%) aller

menschlichen genetischen Erkrankungen. Ein viel größerer Anteil der Erkrankungen sind ein

Ergebnis komplexer Wechselwirkungen zwischen mehrerer Gene und der Umwelt.

DIA 30 Polygenetische Merkmale

Merkmale, in dessen Ausbildung die kombinierte Wirkung mehrerer Gene beteiligt sind,

werden polygenetische Merkmale genannt. Steht ein Merkmal (oder eine Krankheit) auch

unter dem Einfluss von Umweltfaktoren, (was in der Regel der Fall ist), dann ist es ein

multifaktorielles Merkmal bzw. Krankheit. Klassische quantitative (mit anderen Worten,

kontinuierliche, polygenetische, multifaktorielle) Merkmale sind z.B. Körpergewicht, Größe,

Intelligenz, Blutdruck, etc.

DIA30-32 Genetik der Polygenetischen Merkmale

Da quantitative Merkmale durch die kumulativen Auswirkungen von genetischen und

umweltbedingten Faktoren ausgebildet werden, kann ihre Verteilung in der Population mit

einer glockenförmigen Kurve dargestellt werden (Normalverteilung). Wir illustrieren das mit

dem einfachsten Fall: Angenommen, die Körperhöhe wird von einem einzelnen Gen bestimmt,

das zwei Allele hat (A: hoch und a: niedrig). Wenn es keine Dominanz (intermediäre

Vererbung) gibt, dann die drei möglichen Genotypen AA, Aa und aa, führen zu drei

verschiedenen Phänotypen: hoch, mittel und niedrig. Wenn wir annehmen, dass die

Allelfrequenz der beiden Allele 50% beträgt, dann ist die Verteilung der Körperhöhe in der

Population in der Abbildung A dargestellt. Nehmen wir nun an, dass ein anderes Gen auf die

Höhe die gleiche Wirkung hat wie A und a, B (hoch) und b (niedrig). So sind neun

verschiedene Genotypen möglich: AABB, AABB, AABB, AABB, AABB, AABB, AABB,

AABB und aaBb. Als Einzelperson kann man 0, 1 Mai, 2, 3 oder 4 "hoch"-Allele haben was

zu 5 verschiedenen Phänotypen führen kann. Erweitern wir das Beispiel so, dass die Höhe

von mehreren Genen und von verschiedenen Auswirkungen der Umwelt bestimmt wird, wo

jeder Faktor eine geringe Wirkung ausübt. So werden eine Menge von potenziällen

Phänotypen möglich, die jeweils nur sehr gering voneinander unterscheiden, und die

Verteilung der Körperhöhe kann mit einer Glockenkurve dargestellt werden. Nach diesem

Modell folgen die einzelnen Gene, die ein multifaktorielles Merkmal bestimmen den

mendelschen Gesetzen. Das bedeutet, wenn wir die Wirkung einzelner Gene betrachten, dass

dem kummulativen Phänotyp der Phänotyp eines Allel mit einem kleinen Stück beiträgt. In

diesem Modell wird nicht berücksichtigt, dass die Gene miteinander interagieren. Genetik der

quantitativen Merkmale ist in der Tat die Erweiterung der Mendelschen Vererbung. Später

werden wir sehen, dass die Wirkung von Genen nicht kumulativ ist, sondern ein Resultat

komplexer Interaktionen. Darüber hinaus werden wir auch sehen, dass auch die qualitativen

Merkmale von mehreren Genen bestimmt werden. Die QTLs (Quantitative Trait Loci, Loci

quantitativer Merkmale) sind DNA-Regionen (Gene), die in der Ausbildung eines bestimmten

Phänotyps eine Rolle spielen. QTLs sind oft in verschiedenen Chromosomen verteilt. Eine

statistische ist Analyse notwendig zu entscheiden, ob ein bestimmtes Gen (Allel) auf den

Phänotyp eine Wirkung hat.

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DIA 33 Die poligenetische Schwellenwert-Theorie.

Viele polygenetische Krankheiten und Merkmale, - obwohl nicht monogenetisch bestimmt

werden- haben keine Normalverteilung, sondern sind entweder vorhanden oder nicht

vorhanden. Die einzelnen Personen haben eine Anfälligkeit zu solchen Eigenschaften

(Krankheiten). Die Ausprägung des Merkmals hängt von genetischen und umweltbedingten

Faktoren ab. Zur Ausprägung der Erkrankung soll ein vorgegebener Grenzwert überschritten

werden. Zum Beispiel ist im Falle einer gewissen Magenkrankheit (der Verengung des

Magenausganges) dieser Schwellenwert für Männer und Frauen unterschiedlich.

DIA 34 Polygenetische Krankheiten

Dieser Begriff wird in drei Bedeutungen verwendet:

1. Eine Krankheit wird durch eine Reihe von gleichzeitiger Funktionsstörungen mehrerer

Gene verursacht. Zum Beispiel, zur Entwicklung einer bestimmten Art von Dickdarmtumor

sind mindestens sieben aufeinanderfolgenden Genmutationen in sieben Genen erforderlich.

Wenn ein Gen nicht mutiert wird, entwickelt sich die Krankheit nicht.

2. Die gleiche Krankheit kann durch Mutationen in verschiedenen Genen verursacht werden.

Mit anderen Worten, zur Ausprägung einer Krankheit ist eine Mutation eines der beitragenden

ausreichend.

3, Die genetischen und umweltbedingten Faktoren verursachen oft zusammen eine Krankheit.

Dies bedeutet, dass bestimmte Kombinationen von Allelen nicht automatisch, sondern durch

die Einwirkungen der Umwelt eine Krankheit verursachen. Mit anderen Worten, nicht allen

Trägern der krankheitserregenden Allelen werden krank, sondern sie haben eine Anfälligkeit

zu der Erkrankung. Bestimmte Kombinationen der Allele erhöht, während andere verringern

die Chance für die Entwicklung der Krankheit.

Solche komplexe Krankheiten sind z.B. Krebs, Herzerkrankungen, Autoimmunerkrankungen,

Diabetes, Osteoporose, Bluthochdruck, Übergewicht, Arteriosklerose, Schizophrenie,

Depressionen, etc.

DIA 35-38 Wieso gibt es monogenetische Merkmale? (EXTRA)

Einige Phänotypen (zB. AB0 Blutgruppen) können eindeutig zu einer normalen Variante (Allel) eines Gens

zugeordnet werden, bzw. können bestimmte Krankheiten einer bestimmten funktionsunfähigen Allel eines Gens

zugeordnet werden. Dies bedeutet aber nicht, dass das Gen oder Allel eines Gens das Merkmal kodiert. In

diesem Fall erscheinen erscheint bloss ein Allel und eine phänotypische Variante zusammen. Wie ist es möglich,

dass für komplexe genetische Merkmale der Lebewesen, die "Ein-Gen, ein Phänotyp" Verhältnis, (genauer

gesagt, die "ein Allel, eine Variante Phänotyp" Korrelation) gültig zu sein scheint?

Der Einfachheit halber nehmen wir haploide Fälle. Die Kreise symbolisieren Gene: die Zahlen bedeuten

verschiedene Gene, die Farben verschiedene Allele der Gene. Die Rechtecke mit unterschiedlichen Farben

kennzeichnen verschiedene Phänotypen.

(1) Die anderen Gen funktionell ist nicht variabel. Ein Phänotyp wird durch mehrere Gene bestimmt, aber nur

die Variabilität eines einzigen Gens ist die Ursache der phänotypischen Variabilität.

(2) Die Wirkung eines Gens ist sehr stark. Mehrere (sogar alle) Gene sind variabel, aber nur eines hat einen

entscheidenden Einfluss auf den Phänotyp. Auch wenn es eine geringe phänotypische Variabilität gibt, sind

diese phänotypischen Versionen ähnlich, und der Einfachheit halber können als identisch betrachtet werden.

(3) Die Gene sind in unmittelbarer Nähe auf einem Chromosom, so sind ihre Allele gekoppelt. Oft sind die Gene

nahe beieinander, die im gleichen Prozess beteiligt sind, und dadurch zur Ausprägung des gleichen Phänotyps

beitragen. (wie die Hox-Gene). Die räumliche Nähe bedeutet, dass während der Meiose nur sehr selten eine

Rekombination innerhalb der Gengruppe geschieht, so bestimmte Kombinationen von Allelen bleiben relativ

stabil über Generationen hinweg.

DIA 39 Die Beziehung zwischen Gen und Phänotyp.

(1) Die Beziehung zwischen Genen und Phänotypen: Bedeutet die Tatsache, dass nur ein Allel eines Gens

eindeutig zu einer Phänotypvariante zugeordnet werden kann, dass dieses Gen den Phänotyp kodiert?

Im engen Sinne NEIN, das Gen trägt zur Ausprägung des Phänotyps nur gemeinsam mit anderen Genen, im

Kontext des gesamten Organismus bei.

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Im weiten Sinne JA, aber es ist nur eine Korrelation/ Übereinstimmung.

Diese Beziehung kann leicht mit der Auto-Analogie erklärt werden. Man könnte sagen, dass für die Bewegung

des Autos der Autoschlüssel verantwortlich ist, aber in der Wirklichkeit sind für die Bewegung viele andere

Teilen des Autos erforderlich.

(2) Eine weitere Frage ist, ob die Entstehung komplexer Merkmale die sogenannten Makro-Mutationen

verursacht haben (eine einzelne Genmutation führt zu einer komplexen Phänotyp, zum Beispiel. ein Mensch mit

großem Gehirn)? Makro-Mutationen, die nicht letal sind, sind in der Wirklichkeit sehr selten. Ein Beispiel

könnte zB. sein: die Mutation in einem Wachstumshormon (Somatropin; STH). Wenn das Gen nicht richtig

funktioniert, ist die Folge proportionierter Zwergwuchs.

DIA 40 Zusammenfassung

1. Monogenetische Merkmale sind unter der Kontrolle von verschiedenen Genen, aber in

besonderen Fällen können einige monogenetisch erscheinen.

2. Genauer, die 1 Gen, 1 Phänotyp Beziehung ist nie zutreffend, die 1 Allel, 1

Phänotypvariante Beziehung tritt selten auf.

Meine Notizen: