Een overzicht van genetische analyse

Onze eigenschappen zijn afhankelijk van de genetische varianten die we erven van onze ouders. Om te begrijpen waarom een persoon een bepaalde set eigenschappen of “fenotype,” heeft, onderzoeken onderzoekers de functie van individuele genen en hun allelen, en hoe genen met elkaar en met de omgeving interageren.

In deze video behandelen we een korte geschiedenis van genetica, belangrijke vragen in het veld, gereedschappen die door genetici worden gebruikt, en enkele huidige onderzoeken.

Laten we beginnen met enkele fundamentele ontdekkingen in genetica te herzien.

In de jaren 1850-60 voerde Gregor Mendel kruisingsexperimenten uit met erwtenplanten en observeerde dat de overerving van eigenschappen voorspelbare regels volgde en afhankelijk was van de ouderlijke “factoren.”

In dezelfde tijdsperiode stelde Charles Darwin zijn evolutietheorie door natuurlijke selectie voor, die afhankelijk was van erfelijke variatie in eigenschappen binnen populaties die leidde tot differentieel overleven. Het zou echter meer dan 70 jaar duren voordat het verband tussen Mendels en Darwins werk eindelijk werd begrepen.

Hoewel Mendels onderzoek grotendeels in vergetelheid raakte, dook het in 1900 weer op en werd het gepopulariseerd door William Bateson, die ook de term “genetica” bedacht, en in 1909 gebruikte Wilhelm Johannsen voor het eerst het woord “gen” met verwijzing naar Mendels factoren. Tijdens de vroege jaren 1900 beschreven Bateson - samen met R. C. Punnett en Edith Saunders - ook epistase, waarbij verschillende genen interageren om een fenotype te beïnvloeden; en koppeling, waarbij verschillende eigenschappen samen lijken te worden overgeërfd.

In 1911 stelden Thomas Hunt Morgan en collega's, door de fruitvlieg Drosophila te bestuderen, een mechanisme voor koppeling voor - dat genen zich op chromosomen bevinden en genen op hetzelfde chromosoom samen worden overgeërfd. Twee jaar later gebruikte Morgans student Alfred Sturtevant zo'n “koppeling” om de eerste genetische kaart te maken, die de relatieve locaties van genen langs chromosomen weergaf.

Ondanks het succes van Morgan en anderen bleven er twijfels over de toepasbaarheid van Mendels genetica om de erfelijkheid van veel eigenschappen, zoals menselijke lengte, die continue variatie in een populatie vertonen, te verklaren. R. A. Fisher overbrugde deze kloof in 1918, toen hij aantoonde dat continu variërende eigenschappen kunnen worden verklaard door het additieve effect van een groot aantal genen.

Gedurende de volgende twee decennia leverden Fisher, samen met Sewall Wright en J. B. S. Haldane, verdere wiskundige en experimentele bewijzen om uit te leggen hoe allelfrequenties in populaties kunnen worden gevormd door factoren zoals natuurlijke selectie, evenals genetische drift, of het effect van willekeurige gebeurtenissen. Tegen de jaren 1950 waren deze populatiegenetici erin geslaagd om Mendels en Darwins werk samen te brengen in de “Moderne Synthese van de Biologie.”

Na het bekijken van de geschiedenis van genetica, laten we enkele belangrijke vragen in het veld verkennen.

Hoewel sommige fenotipen monogenisch zijn en door enkele genen worden beheerst, zijn de meeste polygenisch en het resultaat van de gecombineerde actie van meerdere genen. Veel wetenschappers onderzoeken hoe genen functioneren in paden of netwerken om eigenschappen te produceren.

Andere onderzoekers zijn geïnteresseerd in het uitzoeken van de rollen van genen en omgevingsfactoren bij het produceren van verschillende eigenschappen. Een manier waarop onderzoekers dit kunnen bereiken, is door de “reactienorm” van een genotype te beoordelen, of het bereik van fenotipen dat het in verschillende omgevingen produceert. Genetici vergelijken ook het fenotypische profiel van verschillende genotypen voor individuen binnen dezelfde omgeving. Dit geeft een schatting van de “erfelijkheid” van een eigenschap, of de hoeveelheid fenotypische variantie binnen een populatie die te wijten is aan genetische variantie. Erfelijkheid wordt beïnvloed door zowel genotypische als omgevingsvariatie, en de erfelijkheid van een eigenschap kan van het ene set van omgevingsomstandigheden naar het andere verschillen.

Ten slotte proberen wetenschappers ook te begrijpen waarom bepaalde allelen, zelfs die welke schadelijke eigenschappen zoals sikkelcelanemie veroorzaken, in een populatie blijven. Om dit te doen, bestuderen ze hoe krachten zoals migratie en natuurlijke selectie de frequenties van allelen en eigenschappen in een populatie kunnen beïnvloeden.

Nu we de vragen hebben gezien die genetici stellen, laten we eens kijken naar de gereedschappen die worden gebruikt om deze vragen te beantwoorden.

Een populaire methode is de genetische kruising, waarbij organismen met verschillende genotypen of fenotypes worden gekruist en eigenschappen bij het nageslacht worden waargenomen. Genetische kruisingen kunnen onderzoekers helpen evalueren hoeveel genen een bepaalde eigenschap bepalen, hoe genen en hun allelen met elkaar interageren, en de chromosomale locaties van genen.

Een ander hulpmiddel voor het identificeren van nieuwe genen die betrokken zijn bij fenotypes is de genetische screen. Screens kunnen “voorwaarts” zijn, waarbij onderzoekers willekeurig mutanten genereren en de gemuteerde genen identificeren die fenotypes van belang opleveren; of ze kunnen “achterwaarts” zijn, waarbij onderzoekers mutaties induceren in specifieke genen en observeren welke eigenschappen worden beïnvloed. Screens kunnen ook het laten groeien van organismen met hetzelfde genotype in verschillende omgevingen omvatten, of het kruisen van een mutant organisme met een reeks gendeletiemutanten, om nieuwe gen-omgevings- of gen-gen-interacties te identificeren.

Ten slotte kunnen evolutie-experimenten worden uitgevo