Introduc)on to Gene)cs 02-223 How to Analyze Your Own - - PowerPoint PPT Presentation

Introduc)on ¡to ¡Gene)cs ¡

02-­‑223 ¡How ¡to ¡Analyze ¡Your ¡Own ¡Genome ¡ Fall ¡2013 ¡

Overview ¡

• Primer ¡on ¡gene<cs ¡

– Cell, ¡chromosomes, ¡and ¡DNA ¡ – Mendel’s ¡experiment ¡

• Mendel’s ¡three ¡postulates ¡
• Mendel’s ¡two ¡laws ¡of ¡inheritance ¡

– Recombina<on ¡

Cells, ¡Chromosomes, ¡and ¡DNA ¡

Diploid ¡vs. ¡Haploid ¡Organisms ¡

• Diploid ¡Organisms ¡

– 2 ¡copies ¡of ¡each ¡chromosome ¡in ¡a ¡cell ¡for ¡most ¡of ¡its ¡life ¡cycle ¡ – e.g., ¡Humans, ¡fruit ¡flies, ¡mice ¡ ¡

• Haploid ¡Organisms ¡

– 1 ¡copy ¡of ¡each ¡chromosome ¡for ¡most ¡of ¡its ¡life ¡cycle ¡ – e.g. ¡Bacteria, ¡yeasts ¡and ¡molds, ¡some ¡plants ¡such ¡as ¡bryophytes ¡ (mosses) ¡

chromosomes ¡ chromosomes ¡

Diploid ¡and ¡Haploid ¡Cells ¡in ¡Human ¡Body ¡

Most ¡cells ¡in ¡human ¡body ¡are ¡diploid ¡ Egg/sperm ¡cells ¡are ¡haploid ¡

Homologous ¡Chromosomes ¡in ¡Diploid ¡Cell ¡

• In ¡each ¡homologous ¡pair ¡of ¡chromosomes, ¡one ¡member ¡is ¡derived ¡from ¡

each ¡parent. ¡

Gregor ¡Mendel ¡

Greg ¡Mendel ¡(1822-­‑1884) ¡

• St. ¡Thomas’s ¡Abbey, ¡Brno, ¡

Czech ¡Republic ¡ Green ¡pea ¡experiment ¡

Mendel’s ¡Three ¡Postulates ¡of ¡Inheritance ¡I ¡

• Unit ¡factors ¡exist ¡in ¡pairs ¡
• Implies ¡homologous ¡chromosomes! ¡

Mendel’s ¡Three ¡Postulates ¡of ¡Inheritance ¡II ¡

• In ¡pair ¡of ¡unit ¡factors ¡for ¡a ¡single ¡characteris<c ¡in ¡an ¡

individual: ¡ ¡

– one ¡unit ¡factor ¡is ¡dominant ¡and ¡the ¡other ¡is ¡recessive ¡

D ¡ d ¡ D: ¡dominant ¡ d: ¡recessive ¡

Dominant ¡vs ¡Recessive ¡

• D: ¡dominant ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡d: ¡recessive ¡

• Individuals ¡with ¡

– DD: ¡individuals ¡show ¡the ¡trait ¡associated ¡with ¡D ¡ ¡ – Dd: ¡individuals ¡show ¡the ¡trait ¡associated ¡with ¡D ¡ ¡ – dd: ¡individuals ¡show ¡the ¡trait ¡associated ¡with ¡d ¡

Mendel’s ¡Three ¡Postulates ¡of ¡Inheritance ¡III ¡

• Paired ¡unit ¡factors ¡segregate ¡(separate) ¡independently ¡during ¡

gamete ¡forma<on ¡

– Law ¡of ¡Segrega)on ¡

• Homologous ¡chromosomes ¡that ¡can ¡be ¡separated ¡to ¡form ¡

haploid ¡cells! ¡

A a A a

Mendel’s ¡First ¡Law ¡

• Characters ¡are ¡controlled ¡by ¡pairs ¡of ¡genes ¡which ¡separate ¡

during ¡the ¡forma<on ¡of ¡the ¡reproduc<ve ¡cells ¡(meiosis) ¡ ¡

Mendel’s ¡Experiment: ¡Stage ¡1 ¡

Mendel’s ¡ ¡ Experiment: ¡ Stage ¡2 ¡

Mendel’s ¡Experiment ¡

• Hypothesis: ¡If ¡Mendel’s ¡first ¡law ¡was ¡true, ¡the ¡ra<o ¡of ¡tall ¡and ¡

dwarf ¡peas ¡should ¡be ¡3:1 ¡

• Experimental ¡valida<on: ¡In ¡Mendel’s ¡green ¡pea ¡experiments, ¡

the ¡ra<o ¡was ¡indeed ¡3:1 ¡

Mendel’s ¡Pea ¡Experiments ¡

Mendel’s ¡Second ¡Law ¡

• When ¡two ¡or ¡more ¡pairs ¡of ¡gene ¡segregate ¡simultaneously, ¡ ¡

they ¡do ¡so ¡independently. ¡

A ¡ a ¡ B ¡ b ¡

A a; B b A B A b a B a b

Mendel’s ¡Second ¡Law ¡

• When ¡two ¡or ¡more ¡pairs ¡of ¡genes ¡segregate ¡simultaneously, ¡ ¡

they ¡do ¡so ¡independently. ¡

Green ¡pea ¡experiments ¡again: ¡ Color ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡G: ¡yellow ¡ ¡ g: ¡green ¡ Shape ¡ ¡ W: ¡Round ¡ ¡ w: ¡wrinkled ¡

GGWW x ggww GgWw x GgWw

• GGWW GGWw GGwW GGww
• GgWW GgWw GgwW Ggww

gGWW gGWw gGwW Ggww ggWW ggWw gGwW gGww

Mendel’s ¡Second ¡Law ¡

16 ¡possible ¡genotypes ¡ and ¡4 ¡possible ¡ phenotypes ¡

Mendel’s ¡ Second ¡Law ¡

Morgan’s ¡frui0ly ¡data ¡(1909): ¡2,839 ¡flies ¡ Eye ¡color ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡A: ¡red ¡ ¡ a: ¡purple ¡ Wing ¡length ¡ B: ¡normal ¡ b: ¡ves<gial ¡

AABB x aabb AaBb x aabb AaBb Aabb aaBb aabb Exp 710 710 710 710 Obs 1,339 151 154 1,195

“Excep)ons” ¡to ¡Mendel’s ¡Second ¡Law ¡

“Excep)ons” ¡to ¡Mendel’s ¡Second ¡Law ¡

• When ¡two ¡or ¡more ¡pairs ¡ ¡of ¡gene ¡segregate ¡simultaneously, ¡ ¡

they ¡do ¡so ¡independently. ¡

D ¡ d ¡ G ¡ g ¡ W ¡ w ¡

A A B B a a b b

×

F1:

A a B b a a b b

×

F2:

A a B b a a b b A a b b a a B b Crossover has taken place

Morgan’s ¡explana)on ¡

Recombina)on ¡

• Parental ¡types: ¡ AaBb, ¡aabb ¡
• Recombinants: ¡ ¡ ¡ Aabb, ¡ ¡aaBb ¡

– The ¡propor<on ¡of ¡recombinants ¡between ¡the ¡two ¡genes ¡(or ¡characters) ¡is ¡ called ¡the ¡recombina/on ¡frac/on ¡between ¡these ¡two ¡genes. ¡ ¡

• Recombina/on ¡frac/on ¡It ¡is ¡usually ¡denoted ¡by ¡r ¡or ¡θ. ¡For ¡Morgan’s ¡

traits: ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ r ¡= ¡(151 ¡+ ¡154)/2839 ¡= ¡0.107 ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡

If ¡r ¡< ¡1/2: ¡two ¡genes ¡are ¡said ¡to ¡be ¡linked. ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ If ¡r ¡= ¡1/2: ¡independent ¡segrega<on ¡ ¡(Mendel’s ¡second ¡law). ¡

¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡Now ¡we ¡move ¡on ¡to ¡(small) ¡pedigrees. ¡

How ¡Can ¡We ¡Iden)fy ¡the ¡Unknown ¡Disease ¡Locus? ¡

• Idea: ¡Given ¡a ¡map ¡of ¡gene<c ¡markers, ¡let’s ¡look ¡for ¡the ¡

markers ¡that ¡are ¡linked ¡to ¡the ¡unknown ¡disease ¡locus ¡(i.e. ¡ linkage ¡between ¡the ¡disease ¡locus ¡and ¡the ¡marker ¡locus) ¡

Disease ¡ ¡ Locus ¡ Marker ¡near ¡the ¡ disease ¡locus ¡ (r<<0.5) ¡ Markers ¡far ¡from ¡ the ¡disease ¡locus ¡ ¡ (r=0.5) ¡

Summary ¡

• Mendel’s ¡two ¡laws ¡of ¡inheritance ¡
• Morgan’s ¡experiment ¡

– Excep<ons ¡to ¡Mendel’s ¡law ¡ ¡ – Recombina<on: ¡two ¡genes ¡on ¡the ¡same ¡chromosome ¡can ¡be ¡linked ¡ and ¡inherited ¡together ¡to ¡offsprings. ¡ ¡