Genetische Analysen im Überblick

Genetics

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Summary

Körperliche Merkmale eines Organismus oder Phänotyp, sind ein Produkt von seinen Genotyp ist die Kombination von Allelen (Genvarianten) von ihren Eltern geerbt. In unterschiedlichem Ausmaß interagieren Gene miteinander und Umweltfaktoren, Eigenschaften zu generieren. Die Verteilung der Allele und Merkmale innerhalb einer Population wird durch eine Reihe von Faktoren, wie natürliche Selektion, Migration und zufällige Gendrift beeinflusst.

In diesem Video Jupiter stellt einige der grundlegenden Entdeckungen in der Genetik von Mendels Aufklärung der genetischen Grundlagen der Vererbung, wie natürliche Prozesse beeinflussen Allel Verteilungen innerhalb von Populationen, die moderne Synthese der Biologie, der Mendelian Genetik und darwinistische Evolution zusammengeführt. Wir überprüfen dann die gestellten Genetiker heute über wie Gene beeinflussen Merkmale, und einige der wichtigsten Instrumente verwendet, um diese Fragen zu beantworten. Schließlich werden einige Anwendungen der Techniken wie genetische Kreuze, Bildschirme und Evolution Experimente vorgestellt.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Grundlagen der Genetik. Genetische Analysen im Überblick. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Unsere Eigenschaften hängen von der genetischen Varianten, die wir von unseren Eltern geerbt. Um zu verstehen, warum eine Person einen bestimmten Satz von Eigenschaften oder "Phänotyp" hat, untersuchen Forscher die Funktion einzelner Gene und ihre Allele Gene wie miteinander und der Umwelt zu interagieren.

In diesem Video werden wir decken eine kurze Geschichte der Genetik, große Fragen auf dem Gebiet von Genetikern und einige aktuelle Forschung verwendeten Tools.

Lassen Sie uns zunächst einige grundlegenden Entdeckungen in der Genetik.

In den 1850er Jahren – 60er Jahren Gregor Mendel Paarung Erbsenpflanzen Experimente durchgeführt und festgestellt, dass die Vererbung von Eigenschaften vorhersagbare Regeln befolgt und abhing, elterliche "Faktoren".

In der gleichen Zeit schlug Charles Darwin seine Theorie der Evolution durch natürliche Selektion, die auf erbliche Variation der Eigenschaften innerhalb von Populationen angeschlagen, die differenzielle überleben geführt. Allerdings wäre es mehr als 70 Jahren, bevor die Verbindung zwischen Mendel und Darwins Werk endlich verstanden wurde.

Obwohl Mendel Forschung weitgehend in Vergessenheit geraten fiel, es tauchte im Jahr 1900 und wurde populär durch William Bateson, der auch den Begriff "Genetik", und im Jahre 1909 Wilhelm Johannsen zuerst verwendet das Wort "gen" in Bezug auf Mendelschen Faktoren. In den frühen 1900er Jahren, Bateson – zusammen mit R. C. Punnett und Edith Saunders – auch beschrieben Epistasis, wo verschiedene Gene interagieren, beeinflussen einen Phänotyp; und Gestänge, wo verschiedene Merkmale scheinen gemeinsam vererbt werden.

Im Jahr 1911, Thomas Hunt Morgan und Kollegen, durch das Studium der Fruchtfliege Drosophila, vorgeschlagen, einen Mechanismus für die Verknüpfung —, die Gene befinden sich auf den Chromosomen und Gene auf demselben Chromosom gemeinsam vererbt werden. Zwei Jahre später, verwendet Morgans Student Alfred Sturtevant solche "Bindung", der ersten genetischen Karte erstellen, die die relativen Positionen der Gene auf den Chromosomen dargestellt.

Trotz des Erfolgs von Morgan und andere blieben Zweifel über die Anwendbarkeit der Mendelschen Genetik die Vererbung von vielen Merkmalen, wie menschliche Größe, zu erklären, die kontinuierliche Variation in einer Population zu zeigen. R. A. Fisher überbrückt erfolgreich diese Lücke im Jahre 1918, als er zeigte, dass ständig unterschiedliche Eigenschaften durch die additive Wirkung eine große Anzahl von Genen erklärt werden kann.

In den nächsten zwei Jahrzehnten legte Fisher, Sewall Wright und J. B. S. Haldane, weiter mathematischen und experimentellen Beweise zu erklären, wie die Allelfrequenzen in Populationen durch Faktoren wie natürliche Selektion, sowie Gendrift oder die Wirkung von zufälligen Ereignissen gestaltet werden können. In den 1950er Jahren hatte diese Bevölkerung Genetiker gelang es bei der Zusammenführung von Mendel und Darwins Werk in der "modernen Synthese der Biologie."

Nach der Überprüfung der Geschichte der Genetik, lassen Sie uns einige wichtigen Fragen auf dem Gebiet.

Obwohl einige Phänotypen monogenen und gesteuert durch einzelne Gene sind, die meisten sind Polygene und ergeben sich aus der kombinierten Wirkung von mehreren Genen. Viele Wissenschaftler untersuchen, Funktionsweise von Genen in Bahnen oder Netzwerke, Eigenschaften zu produzieren.

Andere Forscher interessieren sich für die Rolle der Gene und Umweltfaktoren in der Herstellung von unterschiedlichen Merkmalen auseinander zu necken. Eine Möglichkeit, die Forscher dies erreicht werden können ist die Beurteilung der "Reaktion-Norm" von einem Genotyp oder den Bereich der Phänotypen, die es in verschiedenen Umgebungen produziert. Genetiker vergleichen auch die phänotypische Profil der verschiedenen Genotypen für Einzelpersonen innerhalb der gleichen Umgebung. Dies gibt eine Schätzung für die "Erblichkeit" ein Merkmal oder die Menge der phänotypischen Varianz innerhalb einer Population, die durch genetische Varianz ist. Erblichkeit von genotypischen und ökologische Variante betroffen ist, und ein Merkmal Erblichkeit kann von einer Reihe von Umweltbedingungen zu Land unterschiedlich sein.

Zu guter Letzt versuchen Wissenschaftler auch zu verstehen, warum bestimmte Allele, auch diejenigen, die schädlichen Eigenschaften wie Sichelzellenanämie, verleihen in einer Population bleiben. Um dies zu tun, studieren sie, wie Kräfte wie Migration und die natürliche Selektion die Häufigkeiten der Allele und Eigenschaften in einer Bevölkerung beeinflussen können.

Nun, da wir gesehen haben die Genetiker Fragen, Fragen, schauen wir uns die Werkzeuge, die verwendet wird, um sie zu beantworten.

Eine beliebte Methode ist das genetische Kreuz, Organismen mit verschiedenen Genotypen und Phänotypen sind gedeckt, wobei Merkmale bei den Nachkommen beobachtet. Genetische Kreuze helfen Forschern auswerten, wie viele Gene bestimmen eine bestimmte Eigenschaft, wie Gene und ihre Allele mit einander, und die chromosomalen Standorte der Gene interagieren.

Ein weiteres Instrument zur Identifizierung neuartiger Gene Phänotypen beteiligt ist der genetischen Bildschirm. Bildschirme können werden "nach vorn", wo Forscher Mutanten nach dem Zufallsprinzip generieren und identifizieren die mutierten Gene, die Phänotypen von Interesse hervorrufen; oder sie sind "rückwärts", wo Forscher Mutationen in bestimmten Genen induzieren und beobachten, welche Eigenschaften betroffen sind. Bildschirme können auch beinhalten, wachsende Organismen mit der gleichen Genotyp in verschiedenen Umgebungen oder überqueren eines mutierten Organismus mit einer Reihe von gen Löschung durch Mutation entstehende Variationen, um neue Gen-Umwelt oder gen-gen-Interaktionen zu identifizieren.

Um zu verstehen wie die Allelfrequenzen in den Bevölkerungen ändern, können schließlich Evolution Experimente durchgeführt werden. Diese Experimente erfordern, dass eine Gruppe von Organismen unter Selektionsdruck, wie eine einzige Nahrungsquelle, über mehrere Generationen angebaut werden. Forscher können dann beurteilen, ob und wann vorteilhafte Mutationen entstehen, und ob und wie diese Mutationen in einer Population etabliert.

Nun, schauen wir uns einige aktuelle Anwendungen dieser genetischen Werkzeuge.

Einige Forscher sind Bildschirme auf Organismen ohne etablierte molekulare genetische Werkzeuge, wie z. B. die pathogenen Bakterien Chlamydienanwenden. Hier, Primas Zellen zuerst mit diesen Bakterien infiziert waren, und anschließend ein Mutagen ausgesetzt. Die Genome von mutierten Chlamydien Bakterien wurden dann sequenziert, um spezifische Nukleotid Veränderungen zu identifizieren. Mit diesem Verfahren identifizierten Forscher Mutationen, die Bakterien bilden atypisch geformte "Plaques" in Säugetieren Zellkulturen führten vermutlich auf Mängel in infektiöse Prozesse.

Andere Wissenschaftler sind genetische Bildschirme kombinieren und kreuzt um gen-Interaktionen zu verstehen. In diesem Experiment gekreuzt Genetiker einen mutierten Hefestamm von Interesse mit einer Bibliothek von Löschung Mutanten. Die daraus resultierende doppelte Mutanten liefen durch sie unter den gleichen Bedingungen wachsen, und ihre Wachstumsrate wurde bewertet, um ein Maß für die Mutanten Fitness ableiten. Aus diesen Daten festgestellt Forscher, dass im Doppel Mutanten, die Anwesenheit von eine Mutation könnte gelegentlich verbessern oder die Wirkung des anderen unterdrücken.

Schließlich entwickeln Wissenschaftler dieser Form Populationsgenetik experimentelle Werkzeuge, um die Kräfte zu studieren. Hier ist eine Gerät namens ein Chemostat verwendet, sodass Mikroben, wie Hefe, unter gleichbleibenden Bedingungen kultiviert werden können. Die Forscher führten eine Konkurrenz-Assay zu zeigen, dass eine Mutation Hefe einen Fitness-Vorteil unter bestimmten Wachstumsbedingungen gab. Darüber hinaus war eine Evolution Experiment durchgeführt, wo Hefe durfte auf stickstoffarmen Bedingungen anzupassen, und Mutationen in Stickstoff Metabolismus Bahnen, die vermutlich verbesserte Fitness verliehen, wurden durch die gesamte Genom-Analyse identifiziert.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Genetik von Individuen und Populationen beobachtet. In diesem Video haben wir historische Highlights und wichtige Fragen auf dem Gebiet der Genetik, prominente genetische Werkzeuge und einige aktuelle Anwendungen dieser Techniken überprüft. Wie immer vielen Dank für das ansehen!

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